专利名称：一种CoNiCrAlY涂层及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种CoNiCrAH涂层及其制备方法和应用，具体涉及一种Nb离子注入CoNiCrAlY涂层及其制备方法和应用，属于抗氧化涂层领域。
背景技术：
热障涂层广泛应用于航空航天发动机与地面燃气轮机热端金属部件的热防护。典型的热障涂层由氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ)陶瓷面层和CoNiCrAH粘结层构成，热障涂层的高温抗氧化性能主要依靠粘结层。真空等离子体喷涂(VPS)是在真空或一定压力的保护性气氛状态的密闭空间里进行的等离子体喷涂，可在一定程度上避免粉料及基材表面在喷涂过程中发生氧化，提高了涂层的致密性和结合强度。近年来，真空等离子体喷涂技术 已经成为制备CoNiCrAH涂层的重要方法之一。然而，粘结层与陶瓷层界面间形成的热生长氧化膜(TGO)是制约热障涂层服役寿命的关键，CoNiCrAH涂层之所以具有较好的高温抗氧化性能，关键在于其表面易形成致密、氧扩散系数较低的Al2O3保护膜，可有效阻止气相氧向金属基体的传输，而如何形成这层连续致密的保护膜成为国内外学者研究的热点之
O离子注入技术是一种材料表面改性的高新技术，用能量为IOOkeV量级的离子束入射到材料，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列的物理和化学相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能的变化，实现材料表面性能的优化。Nb离子注入作为高价掺杂，可以促进Al2O3膜的形成，且在注入TiAl合金后显著提高其抗氧化性能。例如中国专利CN101768684A公开一种对高温钛合金注入Nb离子进行表面改性以提高其高温性能的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CoNiCrAH涂层及其制备方法，以提高其高温抗氧化性能。本发明人意识到离子注入技术的独特优点为提高CoNiCrAH涂层抗氧化性能提供了可能。若通过离子注入技术在CoNiCrAH涂层表面注入Nb，促进Al2O3保护膜的形成，则可提高涂层的高温抗氧化性。在此，本发明提供一种CoNiCrAH涂层，所述CoNiCrAH涂层的表面利用离子注入技术注入Nb离子。经所述Nb离子注入后的CoNiCrAH涂层具有比喷涂态CoNiCrAH涂层更好的高温抗氧化性能。所述Nb离子的注入量优选为1017-1018atoms/cm2。所述CoNiCrAH涂层的厚度优选为50-120 μ m。另一方面，本发明还提供一种所述CoNiCrAH涂层的制备方法，包括采用真空等离子体喷涂工艺将CoNiCrAH合金粉末喷涂到经喷砂处理并洗净的高温合金基材的表面得到喷涂态CoNiCrAH涂层；以及利用离子注入技术在所述喷涂态CoNiCrAH涂层的表面注入Nb离子。
本发明所制备的注入Nb离子的CoNiCrAH涂层与喷涂态的CoNiCrAH涂层相比，TGO层中a-Al2O3的含量更高，(Co，Ni) (Cr，Α1)204尖晶石相的含量更低，抗氧化性能更为优异。所述真空等离子体喷涂工艺参数优选为喷枪类型为F4-VB，等离子气体氩气的流量为45-55slpm，等离子气体氢气的流量为7-12slpm，喷涂电流为650-700A，喷涂距离为250-300mm，喷涂室压力为75_125mBar，送粉速率为15_20rpm，送粉载气氩气的流量为
2.0-2. 5slpm。所述离子注入工艺参数优选为脉宽调节时间为450μ S，管灯丝电流为79Α，一栅负电压为O. 74kV，一栅正电压为362V，二栅正电压为I. 29kV，负高压电压为30. 4kV，负高压电流为4. 6mA，本底真空度为4. 5X10_3Pa，注入时间为3600s。所述CoNiCrAH合金粉末优选为气雾化的Amdry 995CoNiCrAH合金粉末。
所述高温合金基材优选为GH3128高温合金基材。又一方面，本发明还提供所述CoNiCrAH涂层在高温抗氧化领域的应用。本发明的经Nb离子注入后的CoNiCrAH涂层具有比喷涂态CoNiCrAH涂层更好的高温抗氧化性能，且本发明具有工艺简单、效率高、可重复性好等优点，适合规模化生产和应用。
图I为经Nb离子注入后涂层试样表面元素随深度分布剖面 图2为CoNiCrAH基涂层经1100°C氧化500h的XRD图谱；
图3为CoNiCrAH基涂层经1100°C氧化500h截面SEM图(a)喷涂态涂层；(b)Nb离子注入涂层。
具体实施例方式以下结合附图及下述具体实施方式
进一步说明本发明，应理解，下述实施方式和/或附图仅用于说明本发明，而非限制本发明。本发明的所述CoNiCrAH涂层的制备方法，包括采用真空等离子体喷涂工艺将CoNiCrAlY合金粉末喷涂到经喷砂处理并洗净的高温合金基材表面得到喷涂态CoNiCrAH涂层；以及利用离子注入技术在所述喷涂态CoNiCrAH涂层表面注入Nb离子。更具体地，作为示例，可采用以下工艺进行制备。(I)高温合金基材的预处理选用GH3128高温合金基材，切割成尺寸为20mmX IOmmX Imm的试件,表面进行喷砂处理后，置于优选的无水乙醇洗漆溶液中超声并重复清洗5遍，用压缩空气吹净，在80-100°C烘箱中烘干备用。但应理解，高温合金基材不限于GH3128高温合金基材，也可采用其它的高温基材，切割尺寸不限于上述尺寸，还可根据需要切割成其它尺寸，清洗次数也不限于5遍，也可以是任何能达到洗净效果的次数。(2) CoNiCrAlY涂层的制备采用优化的真空等离子体喷涂工艺参数(见表I)将气雾化的Amdry 995CoNiCrAH合金粉末喷涂到上述基材表面，双面喷涂，涂层厚度约为100 μ m0(3) Nb离子的注入利用离子注入技术在上述CoNiCrAH涂层表面注入Nb离子，Nb离子的注入剂量约为1017-1018atoms/cm2。离子注入工艺参数见表2。表I真空等离子体喷涂工艺参数
权利要求
1.一种CoNiCrA；LY涂层,其特征在于,所述CoNiCrA；LY涂层的表面利用离子注入技术注ANb离子。
2.根据权利要求I所述的CoNiCrAH涂层，其特征在于，所述Nb离子的注入量为IO17-IO18 atoms/cm2。
3.根据权利要求I或2所述的CoNiCrAH涂层，其特征在于，所述CoNiCrAH涂层的厚度为 50-120 μ m。
4.一种权利要求I至3中任一项所述的CoNiCrAH涂层的制备方法，其特征在于，包括采用真空等离子体喷涂工艺将CoNiCrAH合金粉末喷涂到经喷砂处理并洗净的高温合金基材的表面得到喷涂态CoNiCrAH涂层；以及 利用离子注入技术在所述喷涂态CoNiCrAH涂层的表面注入Nb离子。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述真空等离子体喷涂工艺参数为喷枪类型为F4-VB，等离子气体氩气的流量为45-55 slpm，等离子气体氢气的流量为7_12slpm，喷涂电流为650-700 A，喷涂距离为250-300 mm，喷涂室压力为75-125 mBar，送粉速率为15-20 rpm，送粉载气氩气的流量为2. 0-2. 5 slpm。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述离子注入工艺参数为脉宽调节时间为450 μ S，管灯丝电流为79 Α，一栅负电压为O. 74 kV，一栅正电压为362 V，二栅正电压为I. 29 kV,负高压电压为30. 4 kV,负高压电流为4.6 mA,本底真空度为4. 5 X 10_3Pa，注入时间为3600 S。
7.根据权利要求4 6中任一项所述的制备方法，所述CoNiCrAH合金粉末为气雾化的 Amdry 995 CoNiCrAlY 合金粉末。
8.根据权利要求4 7中任一项所述的制备方法，所述高温合金基材为GH3128高温合金基材。
9.一种根据权利要求Γ3中任一项所述的CoNiCrAH涂层在制备热障涂层中的应用。
全文摘要
一种CoNiCrAlY涂层及其制备方法和应用，所述CoNiCrAlY涂层的表面利用离子注入技术注入Nb离子。本发明所制备的注入Nb离子的CoNiCrAlY涂层与喷涂态的CoNiCrAlY涂层相比，热生长氧化膜层中α-Al2O3的含量更高，(Co,Ni)(Cr,Al)2O4尖晶石相的含量更低，抗氧化性能更为优异。本发明具有工艺简单、效率高、可重复性好等优点，适合规模化生产和应用于制备热障涂层领域。
文档编号C23C4/18GK102888583SQ201210421408
公开日2013年1月23日 申请日期2012年10月29日 优先权日2012年10月29日
发明者陶顺衍, 姜杰, 赵华玉, 周霞明, 丁传贤 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所