CN205329146U - 一种新型SiC晶须增强燃气轮机叶片复合涂层 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型SiC晶须增强燃气轮机叶片复合涂层，包括依次涂覆在燃气轮机叶片高温合金基体上的MCrAlY层、SiC晶须层和陶瓷层。本实用新型采用SiC晶须层，它比常规MCrAlY层具有更高的粗糙度，由MCrAlY层和SiC晶须层构成的复合涂层作为热障涂层的粘结层，可以提高热障涂层的粘结力，防止热障涂层过早剥落，同时SiC晶须具有优异的耐热性和耐腐蚀性，提高了叶片的抗高温氧化性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种新型SiC晶须增强燃气轮机叶片复合涂层，可用做燃气轮机静叶片和动叶片热障涂层的粘结层，能够提高高温合金叶片的抗高温氧化性能和热障涂层的粘结性。
背景技术
当前，我国快速发展的经济形势对于电力的需求持续增长，但现在主要使用和服役的燃煤蒸汽轮机存在效率低下、资源浪费等一系列问题。随之产生的环境污染问题更是在近几年不断恶化，雾霾天气日益严重。而解决这些问题的一大出路就是使用高效联合循环燃气轮机组替代传统蒸汽轮机。作为燃气轮机的核心部件，叶片通常需要暴露在高温高应力环境下，所以用来制造燃气轮机叶片的高温合金材料需要具有优异的抗高温蠕变等力学性能，同时又要求有出色的抗高温氧化性能。因此，为了改善材料的高温力学性能，往往需要在基体中添加钒、钼、钨等合金元素，同时减少铝(可以起到抗高温腐蚀的作用)元素的含量，导致制备出的合金材料难以同时具有较好的高温力学性能和抗高温腐蚀性能。作为解决办法，一般可以在基体表面涂覆抗高温氧化腐蚀的涂层，从而起到保护具有优异高温力学性能的高温合金基体的作用。
应用于燃气轮机叶片高温氧化保护的涂层主要是以MCrAlY作为粘结层的热障涂层体系，MCrAlY涂层M指Fe、Ni、Co等，Cr就是金属Cr，Al就是金属Al，Y指稀土元素Y，就是稀土元素改进的高铝化物涂层。在燃气涡轮发动机工作条件下，粘结层温度超过了700℃，会导致粘结层氧化，在粘结层和陶瓷层形成1-10μm厚的热生长氧化物(TGO)。在粘结层和陶瓷层界面处形成连续致密的TGO层(主要成分为Al2O3)，可以减缓氧化速度，对改善粘结层的抗氧化性是有益的。但是，由于TGO的形成是一个体积膨胀过程，界面会限制这种体积变化，并且TGO与粘结层金属的热膨胀系数相差很大，因此，在TGO形成时，在其内部会随之出现残余应力，冷却到环境温度时，热失配引起的残余应力会进一步增大，应力增加到一定程度就会在粘结层/陶瓷层界面形成分层裂纹而引起涂层剥落失效。所以，在叶片服役过程中，粘结层/陶瓷层界面是热障涂层的薄弱环节。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种具有优异结合力与高温氧化保护性能从而避免热障涂层过早剥离和失效的新型SiC晶须增强燃气轮机叶片复合涂层。
本实用新型的目的通过以下的技术措施来实现：一种新型SiC晶须增强燃气轮机叶片复合涂层，其特征在于：它包括依次涂覆在燃气轮机叶片高温合金基体上的MCrAlY层、SiC晶须层和陶瓷层。
本实用新型采用SiC晶须层，它比常规MCrAlY层具有更高的粗糙度，由MCrAlY层和SiC晶须层构成的复合涂层作为热障涂层的粘结层，可以提高热障涂层的粘结力，防止热障涂层过早剥落，同时SiC晶须具有优异的耐热性和耐腐蚀性，提高了叶片的抗高温氧化性能。
本实用新型的原理是：在服役过程中，SiC晶须涂层中长晶须通过桥接、拔出等机制来阻碍粘结层/陶瓷层界面分层裂纹的萌生及扩展，从而提高了粘结层与陶瓷层的结合力，解决了现有的粘结层/陶瓷层界面易生成分层裂纹而导致涂层剥落的问题。
作为本实用新型的一种优选实施方式，所述MCrAlY层厚度为100～200微米。
作为本实用新型的一种优选实施方式，所述SiC晶须层厚度为40～100微米。
作为本实用新型的一种优选实施方式，所述陶瓷层厚度为100～300微米。
作为本实用新型的一种实施方式，所述MCrAlY层通过在高温合金基体表面进行低压等离子喷涂或者超音速火焰喷涂制备得到。
作为本实用新型的一种实施方式，陶瓷层是在SiC晶须层的表面涂覆而成。
作为本实用新型的一种优选实施方式，在MCrAlY层上采用冷等静压法将SiC粉末压制成粉层，再用激光束垂直照射粉层，使SiC粉末原位生长形成所述SiC晶须层。
与现有技术相比，本实用新型具有如下显著的效果：
本实用新型采用SiC晶须层，它比常规MCrAlY层具有更高的粗糙度，由MCrAlY层和SiC晶须层构成的复合涂层作为热障涂层的粘结层，可以提高热障涂层的粘结力，防止热障涂层过早剥落，同时SiC晶须具有优异的耐热性和耐腐蚀性，提高了叶片的抗高温氧化性能。在服役过程中，SiC晶须涂层中长晶须通过桥接、拔出等机制来阻碍粘结层/陶瓷层界面分层裂纹的萌生及扩展，从而提高了粘结层与陶瓷层的结合力，解决了现有的粘结层/陶瓷层界面易生成分层裂纹而导致涂层剥落的问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
本实施例以三菱燃机使用的MGA1400高温合金叶片作为高温合金基体1，其具体成分(重量百分比)如下：
| 元素 | Co | Cr | Mo | W | Al | Ti | Ta | C | Zr |
| Wt％ | 10 | 14 | 1.5 | 4 | 4 | 3 | 5 | 0.08 | 0.03 |
(表1)
如图1所示，是本实用新型一种新型SiC晶须增强燃气轮机叶片复合涂层，它包括依次涂覆在燃气轮机叶片高温合金基体1(MGA1400高温合金叶片)上的MCrAlY层2、SiC晶须层3和陶瓷层4。MCrAlY层中M指Ni或Co或NiCo的组合，成分范围(质量百分数)：M(10～30Cr)(5～15Al)(0.5～1Y)，剩余为Ni或Co或NiCo组合；SiC晶须层的成分为(质量百分数)：Si50C50；陶瓷层的成分为(质量百分数)6-8％Y2O3部分稳定的ZrO2。MCrAlY层厚度为100～200微米，SiC晶须层厚度为40～100微米，陶瓷层厚度是100～300微米。
一种上述新型SiC晶须增强燃气轮机叶片复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
⑴对MGA1400高温合金叶片按照要求进行热处理和表面喷丸等处理，以使其表面质量符合要求，在燃气轮机叶片高温合金基体上喷涂MCrAlY制备得到MCrAlY层，具体是：处理好的高温合金叶片通过低压等离子喷涂或者超音速火焰喷涂制备厚度为100～200微米的MCrAlY层，M选择Ni，Co等元素，在本实施例中，具体选用NiCoCrAlY层。
⑵在MCrAlY层上采用冷等静压法将SiC粉末压制成粉层，再用激光束垂直照射粉层，使SiC粉末原位生长形成SiC晶须层。具体是：在MCrAlY表面层上用冷等静压法在叶片表面压制一层平均粒径为20nm的SiC粉末，厚度为100微米，再用激光束垂直于叶片表面匀速照射，使SiC晶须原位生长而成。激光参数：扫描速度为0.1m/s，光斑直径为0.2mm，激光功率为400W。
⑶在SiC晶须层的表面涂覆陶瓷层，具体是在MCrAlY层和SiC晶须层构成的复合涂层上通过等离子喷涂工艺制备ZrO2基陶瓷层，获得新型SiC晶须增强燃气轮机叶片复合涂层。
本实用新型的原理是：在服役过程中，SiC晶须涂层中长晶须通过桥接、拔出等机制来阻碍粘结层/陶瓷层界面分层裂纹A的萌生及扩展，从而提高粘结层与陶瓷层的结合力，阻止热障涂层的提前剥落。
本实用新型的实施方式不限于此，根据本实用新型的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本实用新型权利保护范围之内。
Claims (6)
1.一种新型SiC晶须增强燃气轮机叶片复合涂层，其特征在于：它包括依次涂覆在燃气轮机叶片高温合金基体上的MCrAlY层、SiC晶须层和陶瓷层。
2.根据权利要求1所述的新型SiC晶须增强燃气轮机叶片复合涂层，其特征在于：所述MCrAlY层厚度为100～200微米。
3.根据权利要求2所述的新型SiC晶须增强燃气轮机叶片复合涂层，其特征在于：所述SiC晶须层厚度为40～100微米。
4.根据权利要求3所述的新型SiC晶须增强燃气轮机叶片复合涂层，其特征在于：所述陶瓷层厚度为100～300微米。
5.根据权利要求4所述的新型SiC晶须增强燃气轮机叶片复合涂层，其特征在于：所述MCrAlY层通过在高温合金基体表面进行低压等离子喷涂或者超音速火焰喷涂制备得到。
6.根据权利要求5所述的新型SiC晶须增强燃气轮机叶片复合涂层，其特征在于：陶瓷层是在SiC晶须层的表面涂覆而成。
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| CN201520899876.4U CN205329146U (zh) | 2015-11-12 | 2015-11-12 | 一种新型SiC晶须增强燃气轮机叶片复合涂层 |
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|---|---|---|---|---|
| CN105441860A (zh) * | 2015-11-12 | 2016-03-30 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 新型SiC晶须增强燃气轮机叶片复合涂层及其制备方法 |
| CN109280955A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-01-29 | 沈阳工学院 | 一种耐高温耐磨MCrAlSiC复合涂层 |
| CN111020445A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-04-17 | 成都轨道交通产业技术研究院有限公司 | 一种耐磨合金粉、耐磨涂层及耐磨涂层的制备方法 |
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