【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料表面防护涂层，特别提供一种表面原位形成多孔结构的β-nial粘结层及制备方法。
技术介绍
1、为了延长高性能燃气轮机的使用寿命，通常需要在其热端涡轮叶片上施加热障涂层。热障涂层是一个复杂的多层体系，它由顶层陶瓷隔热层、热生长氧化物层、富铝的金属粘结层和高温合金基体构成。通常，金属粘结层主要为mcraly涂层和铝化物涂层，其作用是为了改善高温合金基体和陶瓷隔热层之间的物理相容性与抗氧化性能[参见文献：贾逸轩.低膨胀纳米晶金属陶瓷涂层的制备、结构和高温氧化机理研究[d].中国科学技术大学,2021.]。热障涂层体系的抗氧化性能主要取决于金属粘结层，同时金属粘结层的微观结构和性能也会影响其与陶瓷隔热层之间的结合。陶瓷隔热层与金属粘结层之间的结合能力是影响涂层使用寿命的关键因素。
2、为了提高金属粘结层与陶瓷面层之间的结合力，研究人员提出了很多解决方法。例如对金属粘结层进行成分改性降低其热膨胀系数，实现与陶瓷面层更好的热匹配[参见文献：①王金龙,赵宗科,孟博,杨潇文,陈明辉,王群昌,王福会.一种高温合金复合金属陶瓷涂层及其制备方法[p].辽宁省：cn113088883b,2022-12-20.②任盼,阳颖飞,李卫.一种用于高温合金防护的复合金属陶瓷涂层及其制备方法[p].广东省：cn108796461b,2020-12-11.]。除此之外，研究人员还对粘结层的表面微观结构进行改性，张等人提出制备高粗糙度表面用于与陶瓷面层结合[参见文献：张鑫,郑兆然,杜开平,原慷,彭浩然,皮自强,陈星.一种双界面性能强化的m
3、由于陶瓷界面的稳定性，与金属粘结层难以实现冶金结合。为此，采用机械嵌合的方式提高界面结合力是一种可行的方案。多孔材料是一类材料内部和表面具有大量孔洞的一种材料。由于其独特的孔洞结构，被广泛应用于建筑、冶金、航空航天、医药、医用植入器件等领域。若能在金属粘结层表面预制高密度孔洞，利用孔洞实现与陶瓷面层之间的机械嵌合，以达到增强界面结合力的目的。目前ni-al金属间化合物多孔材料的制备方法主要有反应合成法和燃烧合成法，这两种方法制备的多孔ni-al金属间化合物中的孔洞属于连续性孔洞[参见文献：刘亚南,焦欣洋,冯培忠.含al金属间化合物多孔材料的研究进展[j].中国材料进展,2017,36(z1):532-540+565.]，孔洞贯穿整个材料，不利于热障涂层的使用。
4、为此本专利技术提供一种利用相变过程中的柯肯达尔效应来实现nial相表面原位可控造孔的新方案。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决热障涂层体系中陶瓷面层与金属粘结层界面结合弱的问题，特提供一种表面原位形成多孔结构的β-nial粘结层及制备方法。
2、一种表面原位形成多孔结构的β-nial粘结层及制备方法，其β-nial粘结层表面弥散分布大量原位形成的亚微米级独立孔洞；制备步骤包括：①在镍基合金表面采用真空铝等离子体辐照反应获得纯净、致密的以δ-ni2al3为主的金属间化合物层；②对δ-ni2al3相层进行真空热激活诱发其与基体间发生快速原位相变，形成大量柯肯达尔空位并迁移聚集于该粘结层表面，实现表面原位造孔。
3、所形成的孔洞直径范围0.2μm-2μm，深度0.3μm-2μm，孔洞与孔洞之间相互独立，内部不连通。
4、孔洞分布数密度为1.0×105～9.9×108个/cm2。
5、采用磁控溅射或阴极电弧蒸发纯铝或铝合金靶材形成真空铝等离子体源，通过对镍基合金施加脉冲频率范围为5khz～60khz，偏压范围为-100v～-900v，占空比15％～50％，获得δ-ni2al3相层。
6、纯铝或铝合金靶材，化学成分包括质量分数60％～100％的al、0.1％～30％的改性元素，包括但不限于cr、si、ta、re、pt、y、dy、hf、zr等元素中的一种或其组合，其中y、dy、hf、zr等活性元素的总含量不高于6％。
7、弧电流为50a～200a。
8、真空热激活在真空度优于8.0×10-3pa的真空环境中进行，温度为600℃～1050℃，升温速率为10℃/min～20℃/min，保温0.5h～6h。
9、本专利技术优点
10、本专利技术利用原子扩散的柯肯达尔效应在粘结层表面原位制造高密度孔洞，相较于传统表面造孔工艺，该工艺更加简洁高效。生成的孔洞仅分布于涂层表面，涂层内部依旧致密完整，为陶瓷面层提供机械嵌合点位的同时对涂层抗氧化性能的影响较小，有利于提高热障涂层的服役寿命。
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1.一种表面原位形成多孔结构的β-NiAl粘结层及制备方法，其特征在于，所述β-NiAl粘结层表面弥散分布大量原位形成的亚微米级独立孔洞；制备步骤为：
2.根据权利要求1所述一种表面原位形成多孔结构的β-NiAl粘结层及制备方法，其特征在于，所述孔洞直径范围0.2μm-2μm，深度0.3μm-2μm，孔洞与孔洞之间相互独立，内部不连通。
3.根据权利要求1所述一种表面原位形成多孔结构的β-NiAl粘结层及制备方法，所述孔洞分布数密度为1.0×105～9.9×108个/cm2。
4.根据权利要求1所述种表面原位形成多孔结构的β-NiAl粘结层及制备方法，其特征在于，所述采用真空铝离子体源为磁控溅射或阴极电弧蒸发纯铝或铝合金靶材形成，通过对镍基合金施加脉冲频率范围为5kHz～60kHz，偏压范围为-100V～-900V，占空比15％～50％，获得δ-Ni2Al3相层。
5.根据权利要求4所述纯铝或铝合金靶材，其特征在于，其化学成分包括质量分数60％～100％的Al、0.1％～30％的改性元素，包括但不限于Cr、Si、Ta、Re、Pt、Y
6.根据权利要求4所述阴极电弧，其特征在于，弧电流为50A～200A。
7.根据权利要求1所述一种表面原位形成多孔结构的β-NiAl粘结层及制备方法，其特征在于，所述真空热激活，在真空度优于8.0×10-3Pa的真空环境中进行，温度为600℃～1050℃，升温速率为10℃/min～20℃/min，保温0.5h～6h。
...【技术特征摘要】
1.一种表面原位形成多孔结构的β-nial粘结层及制备方法，其特征在于，所述β-nial粘结层表面弥散分布大量原位形成的亚微米级独立孔洞；制备步骤为：
2.根据权利要求1所述一种表面原位形成多孔结构的β-nial粘结层及制备方法，其特征在于，所述孔洞直径范围0.2μm-2μm，深度0.3μm-2μm，孔洞与孔洞之间相互独立，内部不连通。
3.根据权利要求1所述一种表面原位形成多孔结构的β-nial粘结层及制备方法，所述孔洞分布数密度为1.0×105～9.9×108个/cm2。
4.根据权利要求1所述种表面原位形成多孔结构的β-nial粘结层及制备方法，其特征在于，所述采用真空铝离子体源为磁控溅射或阴极电弧蒸发纯铝或铝合金靶材形成，通过对镍基合金施加脉冲频率范围为5khz～...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈明礼，王伟，朱圣龙，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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