一种NiCrAlZr低膨胀金属粘结层及其制备方法与流程

本发明属于金属粘结层材料，具体涉及一种nicralzr低膨胀金属粘结层及其制备方法。

背景技术：

1、新一代发动机涡轮前进口温度不断提升，在叶片合金表面沉积热障涂层可提高涡轮叶片使用温度和耐高温腐蚀性能，热障涂层技术是先进航空发动机研制的关键技术之一。热障涂层mcraly系列金属粘结层是由包覆型抗氧化涂层发展而来，作为单独抗氧化涂层时，具有与基体结合良好、高温防护性能优异的特点；作为粘结层使用时，在合金/粘结层/ysz的热膨胀系数匹配性、表面tgo形成规律和元素扩散机制等方面相关研究不足，导致粘结层在改善陶瓷面层和基体匹配性方面作用下降，从根本上限制了长寿命热障涂层的发展。

2、低膨胀金属粘结层主要难点在于，满足抗高温氧化热腐蚀要求的基础上，要与陶瓷面层、金属基体热膨胀系数匹配良好，高温下界面组织稳定。

技术实现思路

1、基于以上背景，本发明的目的是提供一种具有更小的热膨胀系数，与陶瓷面层、合金基体有很好的兼容匹配性的nicralzr涂层及制备方法。

2、有鉴于此，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种nicralzr低膨胀金属粘结层，与单晶高温合金基体形成冶金结合，其中各元素组分按质量份数分别为5％的cr、20％～25％的al、0.25％～0.5％的zr，其余为ni。

3、可选地，所述单晶高温合金基体为dz125合金基体。

4、根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种nicralzr低膨胀金属粘结层的制备方法，制备所述的任一金属粘结层，包括：

5、步骤s01：采用nicralzr靶材，将靶材安装于真空电弧镀膜机的阴极座上；

6、步骤s02：对单晶高温合金基体进行表面活化处理；

7、步骤s03：对所述单晶高温合金基体的表面进行清洗干燥；

8、步骤s04：在所述单晶高温合金基体的表面沉积涂层；

9、步骤s05：对沉积涂层进行扩散处理。

10、可选地，步骤s02中的表面活化处理方法为磨流处理的方法。

11、可选地，磨流处理的方法为使用粒度为0.154mm的刚玉砂加入液体吹砂机中吹砂，工作压力为0.2mpa～0.5mpa，处理时间为10min。

12、可选地，步骤s04还包括：沉积参数为电弧电流i＝550a～750a，工件偏压u＝20v～30v，沉积时间为100min～150min，真空度为6×10-3pa～7×10-3pa。

13、可选地，步骤s04还包括：预热步骤：真空度达到6×10-3pa～7×10-3pa后，轰击加热，电弧电流i＝550a～750a，工件偏压u＝200v～300v，轰击时间为5min。

14、可选地，步骤s05还包括：扩散处理的真空度为1×10-2pa～1×10-3pa，温度为850℃-900℃，时间为3h。

15、本发明具有的有益效果是：(1)本发明采用电弧离子镀法制备nicralzr涂层，具有更小的热膨胀系数，与陶瓷面层、合金基体有很好的兼容匹配性，在使用过程中不导致涂层开裂、界面不稳定；(2)良好的抗高温氧化腐蚀能力，在高温下提高基体合金的抗高温氧化腐蚀能力；(3)与基体合金具有良好的热态结合强度；(4)扩散系数低，在高温下能够减缓al、cr等元素从涂层向基体合金扩散，同时能够阻止ti、mo、w、ni等金属元素从合金基体往涂层内扩散。同时，由于电弧离子镀(arc)方法具有沉积速率适中、涂层致密性好，与基体形成冶金结合的特点，采用arc方法制备的涂层与基体的兼容性强，其厚度和致密性好，从而极大地提高了涂层的应变能力。nicralzr涂层是采用真空电弧镀技术制备，制备工艺方法精简、效率高、成本低，可以满足涡轮叶片外表面防护涂层长寿命的需求。

技术特征：

1.一种nicralzr低膨胀金属粘结层，其特征在于，与单晶高温合金基体形成冶金结合，其中各元素组分按质量份数分别为5％的cr、20％～25％的al、0.25％～0.5％的zr，其余为ni。

2.根据权利要求1所述的金属粘结层，其特征在于，所述单晶高温合金基体为dz125合金基体。

3.一种nicralzr低膨胀金属粘结层的制备方法，其特征在于，制备如权利要求1-2所述的任一金属粘结层，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤s02中的表面活化处理方法为磨流处理的方法。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，磨流处理的方法为使用粒度为0.154mm的刚玉砂加入液体吹砂机中吹砂，工作压力为0.2mpa～0.5mpa，处理时间为10min。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤s04还包括：沉积参数为电弧电流i＝550a～750a，工件偏压u＝20v～30v，沉积时间为100min～150min，真空度为6×10-3pa～7×10-3pa。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤s04还包括：

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤s05还包括：扩散处理的真空度为1×10-2pa～1×10-3pa，温度为850℃-900℃，时间为3h。

技术总结
本发明公开了一种NiCrAlZr低膨胀金属粘结层及其制备方法，涉及金属粘结层材料技术领域。本发明与单晶高温合金基体形成冶金结合，其中各元素组分按质量份数分别为5％的Cr、20％～25％的Al、0.25％～0.5％的Zr，其余为Ni。本发明的金属粘结层与基体结合良好，在高温氧化条件下热膨胀系数较低，改善了与合金基体、陶瓷面层的匹配性，提升了热障涂层的结合强度和使用寿命。能满足涡轮叶片抗氧化、耐腐蚀需求；而且工艺精简，容易实现工业化生产，是一种性能优异、有应用前景的复合涂层，适用于高温合金。

技术研发人员：张彬,蔡妍,赵文君,牟仁德,刘玉琢,王立哲
受保护的技术使用者：中国航发北京航空材料研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/10/17