镍基高温合金材料及其表面涂层的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了镍基高温合金材料及其表面涂层的制备方法和应用，涉及高温防护涂层制备技术领域。镍基高温合金材料表面涂层的制备方法，包括：使铝均匀渗入镍基合金基体表面的镍铂复合涂层中形成初始γ/γ

【技术实现步骤摘要】
镍基高温合金材料及其表面涂层的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及高温防护涂层制备
，具体而言，涉及镍基高温合金材料及其表面涂层的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]镍基高温合金广泛应用于航空发动机和燃气轮机关键热端部件，但其Al含量一般较低，不足以发生选择性氧化生成单一氧化铝膜，必须添加高温防护涂层以提高其抗高温氧化和热腐蚀性能。铂铝涂层又称为铂改性铝化物涂层，其铝含量高达20wt％～30wt％，铂的加入提高了氧化膜的粘附性，同时降低了S的有害影响，使涂层具有优异的抗高温氧化性能。因此，铂铝涂层广泛用作航空发动机和燃气轮机涡轮叶片的高温防护涂层。
[0003]传统的铂铝涂层主要包含β
‑
(Ni,Pt)Al相，部分还含有少量的PtAl2相，这些相均较脆，其高温力学性能较差，裂纹容易在涂层中萌生扩展。此外，铂铝涂层与高温合金基体成分和结构相差较大，服役过程中，涂层与高温合金基体容易发生互扩散形成二次反应区，显著降低涡轮叶片的服役寿命。因此，亟需优化铂铝涂层的结构和成分，以提高涂层的高温力学性能、并降低涂层与高温合金基体的互扩散。
[0004]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供镍基高温合金材料及其表面涂层的制备方法和应用。
[0006]本专利技术是这样实现的：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种镍基高温合金材料表面涂层的制备方法，包括：
[0008]使铝均匀渗入镍基合金基体表面的镍铂复合涂层中形成初始γ/γ
’
双相铂铝涂层；
[0009]对初始γ/γ
’
双相铂铝涂层进行激光熔覆表面处理，使γ
’
相均匀分布在γ相中得到双相γ/γ
’
铂铝涂层；
[0010]对双相γ/γ
’
铂铝涂层进行时效热处理使双相γ/γ
’
铂铝涂层中γ
’
相生长至双相γ/γ
’
铂铝涂层的结构与镍基高温合金基体的结构相近。
[0011]在可选的实施方式中，镍基高温合金基体为多晶高温合金或单晶高温合金金。
[0012]在可选的实施方式中，时效热处理为两级，其中一级时效热处理温度为1100～1150℃，时间为1～6h；其中二级时效热处理温度为870～950℃，时间为2～24h；
[0013]优选地，升温速率小于或等于10℃/min。
[0014]在可选的实施方式中，使铝均匀渗入镍基合金基体表面的镍铂复合涂层中的方式为高温气相渗铝；
[0015]优选地，高温气相渗铝时，渗剂为质量比1:0.8～1.2的铁铝粉，活化剂为氯化铵，渗铝温度为1000～1100℃，时间为1～6h。
[0016]在可选的实施方式中，镍铂复合涂层的制备方法包括：
[0017]在镍基高温合金基体表面依次形成镍层和铂层得到初始涂层；
[0018]将初始涂层进行真空退火使铂分散至镍层中得到镍铂复合涂层；
[0019]优选地，镍层的厚度为5～35μm；铂层的厚度为2～8μm；
[0020]优选地，真空退火的方式为将第一初始涂层置于400～650℃下保温2～4h，然后升高温度至1000～1090℃保温1～5h；
[0021]更优选地，真空退火环境气压小于3
×
10
‑3Pa，升温速率大于或等于10℃/min。
[0022]在可选的实施方式中，在镍基高温合金基体表面形成镍层的方式为电镀；
[0023]优选地，电镀形成镍层的方式包括：
[0024]以镍基高温合金基体为阴极，以纯镍为阳极，通电后在镍基高温合金基体表面形成镍层；
[0025]更优选地，电镀的电镀液中含有180～220g/L硫酸镍、8～12g/L氯化镍和35～45g/L硼酸溶液以及0.1～0.6g/L十二烷基硫酸钠，电流密度为1～7A/dm2电镀温度为50～65℃。
[0026]在可选的实施方式中，在镍基高温合金基体表面形成铂层的方式为电镀；
[0027]优选地，电镀形成铂层的方式包括：
[0028]以表面覆盖有镍层的镍基高温合金基体为阴极，以纯铂为阳极，通电后在镍层表面形成铂层；
[0029]更优选地，电镀时电镀液为浓度5～15g/L磷酸氢根四氨合铂溶液，电镀温度为80～96℃，电镀电流为1～3A/dm2，pH值维持在8～10.5内；
[0030]更优选地，阳极为铂网。
[0031]在可选的实施方式中，激光熔覆的功率为100～800W，扫描速度为100～900mm/min。
[0032]第二方面，本专利技术提供一种镍基高温合金材料，采用如前述实施方式任一项的制备方法在镍基高温合金基体表面形成双相γ/γ
’
铂铝涂层得到。
[0033]第三方面，本专利技术提供如前述实施方式的制备方法或镍基高温合金材料在制造航空发动机和燃气轮机中的应用。
[0034]本专利技术具有以下有益效果：
[0035]上述设计得到的镍基高温合金材料表面涂层的制备方法，在镍基高温合金基体表面形成初始γ/γ
’
双相铂铝涂层，利用激光熔覆高温将初始γ/γ
’
双相铂铝涂层均匀化，自然冷却后获得γ
’
相在γ相中均匀分布的结构；随后，通过高温时效热处理，调整γ
’
相的尺寸；最终获得与高温合金基体相近的共格γ/γ
’
双相结构，从而显著提高涂层的高温力学性能并降低涂层与高温合金基体的互扩散。本专利技术制得的双相铂铝涂层具有低扩散的优点，并且其高温力学性显著优于传统的单相β相铂铝涂层。通过本申请提供的制备方法获得的覆盖有上述涂层的材料具有好的高温力学性能，上述方法或上述材料可应用于制造航空发动机和燃气轮机中。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这
些附图获得其他相关的附图。
[0037]图1为在基体合金材料表面电镀镍层和铂层后的模拟截面示意图；
[0038]图2为气相渗铝后的初始双相铂铝涂层模拟截面示意图；
[0039]图3为激光熔覆处理后的双相铂铝涂层模拟截面示意图；
[0040]图4为时效热处理后最终获得的双相铂铝涂层模拟截面示意图。
具体实施方式
[0041]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0042]下面对本申请提供的镍基高温合金材料及其表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍基高温合金材料表面涂层的制备方法，其特征在于，包括：使铝均匀渗入镍基合金基体表面的镍铂复合涂层中形成初始γ/γ
’
双相铂铝涂层；对所述初始γ/γ
’
双相铂铝涂层进行激光熔覆表面处理，使γ
’
相均匀分布在γ相中得到双相γ/γ
’
铂铝涂层；对所述双相γ/γ
’
铂铝涂层进行时效热处理使所述双相γ/γ
’
铂铝涂层中γ
’
相生长至所述双相γ/γ
’
铂铝涂层的结构与所述镍基高温合金基体的结构相近。2.根据权利要求1所述的镍基高温合金材料表面涂层的制备方法，其特征在于，所述镍基高温合金基体为多晶高温合金或单晶高温合金金。3.根据权利要求1所述的镍基高温合金材料表面涂层的制备方法，其特征在于，时效热处理为两级，其中一级时效热处理温度为1100～1150℃，时间为1～6h；其中二级时效热处理温度为870～950℃，时间为2～24h；优选地，升温速率小于或等于10℃/min。4.根据权利要求1所述的镍基高温合金材料表面涂层的制备方法，其特征在于，使铝均匀渗入镍基合金基体表面的镍铂复合涂层中的方式为高温气相渗铝；优选地，高温气相渗铝时，渗剂为质量比1:0.8～1.2的铁铝粉，活化剂为氯化铵，渗铝温度为1000～1100℃，时间为1～6h。5.根据权利要求1～4任一项所述的镍基高温合金材料表面涂层的制备方法，其特征在于，镍铂复合涂层的制备方法包括：在所述镍基高温合金基体表面依次形成镍层和铂层得到初始涂层；将所述初始涂层进行真空退火使铂分散至镍层中得到镍铂复合涂层；优选地，所述镍层的厚度为5～35μm；所述铂层的厚度为2～8μm；优...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹斌，谭僖，毛杰，张小锋，邓春明，邓畅光，刘敏，
申请(专利权)人：广东省科学院新材料研究所，
类型：发明
国别省市：