一種用于熱障涂層的含多種活性元素的粘結(jié)層材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新材料開(kāi)發(fā)及應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種新型混合摻雜活性元素的熱防 護(hù)涂層材料，主要應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件熱障涂層粘結(jié)層及其它需要防護(hù)高溫氧化腐蝕的 部件。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)今，由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，隨著航空燃?xì)鉁u輪機(jī)向高流量比、高推重比、高進(jìn)口 溫度方向發(fā)展，燃燒室中的燃?xì)鉁囟群蛪毫σ膊粩嗵岣?，?duì)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的綜合性能提 出了更高的要求?，F(xiàn)代渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)基底材料主要是高溫合金，再在基底上添加熱障涂層作 為熱端部件的防護(hù)涂層，從而使其能夠承受高溫腐蝕的環(huán)境。熱障涂層結(jié)構(gòu)一般如圖1所 示，由涂覆于基底14上的抗氧化粘結(jié)層13和抗導(dǎo)熱陶瓷層11組成。現(xiàn)有的熱障涂層的粘 接層材料一般為高溫合金，即鎳Ni基合金、鈷Co基合金或鈷鎳CoNi基合金，然后加入少量 的活性元素。
[0003] 現(xiàn)有的熱障涂層在高溫氧化過(guò)程中，在粘結(jié)層13和抗導(dǎo)熱陶瓷層11之間會(huì)形成 一層熱生長(zhǎng)氧化物（TGO)，TG0層12可以減小元素的擴(kuò)散速度，降低氧化速率，從而起到保 護(hù)基底材料的作用。但是新生成的TG0層將會(huì)在熱障涂層中引起應(yīng)力的產(chǎn)生，從而破壞熱 障涂層。因此，TG0層的生長(zhǎng)速度，即氧化速率成為影響熱障涂層使用壽命的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種用于熱障涂層的含多種活 性元素的粘結(jié)層材料，本發(fā)明以CoNiCrAl合金為基礎(chǔ)，通過(guò)添加微量元素，改善合金的抗 尚溫氧化腐蝕的性能，從而提尚熱障涂層的整體性能改善其抗尚溫氧化性能和，提尚其服 役的時(shí)間。
[0005] 本發(fā)明提出的一種用于熱障涂層的含多種活性元素的粘結(jié)層材料由基本成分和 添加成分構(gòu)成；所述基體成分及各成分的原子百分比如下：
[0006] Co:Bal.(余量），
[0007] Ni : 24at%-34at%,
[0008] Cr:16at% -27at%,
[0009] Al:9at% -21at% ；
[0010] 添加以下任意兩種成分組合及各成分組合中的原子百分比如下：
[0011] Hf+Y:0. 05at% -2at%，其中，Hf:Y 為：1:1 ?4:1 ;
[0012] Dy+La:0? lat% _2at%，其中，Dy:La 為：1:1 ?4:1 ;
[0013] Hf+Sc:0. 05at% _2at%，其中，Hf:Sc 為：1:4 ?4:1。
[0014] 所述基本成分中Cr:更好為16at% _22at%，A1:更好為9at% _16at%。
[0015] 所述各基本成分Co、Ni、Cr、Al的純度為99. 90%以上。
[0016] 所述添加的成分組合中的各成分的原子百分比如下：
[0017] Hf+Y :更好為 0? 05at % -0? 5at % ;
[0018] Dy+La:更好為 0? lat% -0? 5at% ;
[0019] Hf+Sc:更好為 0? 5at%-1. 5at%。
[0020] 所述添加成分組合中各成分的原子百分比如下：
[0021] Hf+Y:最合適為 0? lat% -0? 2at% ;
[0022] Dy+La:最合適為 0? lat% -0? 2at% ;
[0023] Hf+Sc:最合適為 0? 5at % -lat %。
[0024] 本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果：
[0025] 由于各元素的原子量不同，為了更好地分析所添加的元素的量，本發(fā)明中采用原 子百分比的方法來(lái)確定合金成分。
[0026] 本發(fā)明通過(guò)添加兩種混合的添加成分，從而達(dá)到提高CoNiCrAl合金抗高溫氧化 腐蝕的性能。
[0027] 本發(fā)明限定了添加成分的總量，如果添加的元素含量不足0.05at%，就沒(méi)有改善 抗氧化性能的效果；如果超過(guò)含量上限（2at% )，在粘結(jié)層中會(huì)形成明顯的偏析，在氧化過(guò) 程中會(huì)形成"釘粧"，不但加速破壞基體，而且破壞氧化層與基體的結(jié)合力，從而不能起到提 尚尚溫氧化性能的作用。
[0028] 本發(fā)明可用于各種需要在高溫條件下服役的部件，如燃?xì)廨啓C(jī)的葉片等，提高葉 片及其它尚溫部件的性能，從而提尚機(jī)械壽命。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1為熱障涂層示意圖；11為頂層陶瓷層，12為T(mén)G0層，13為粘接層，14為基底層
[0030] 圖2為各實(shí)施例中合金經(jīng)過(guò)160次循環(huán)氧化后的單位面積重量變化曲線。
[0031] 圖3為圖2的縱坐標(biāo)范圍為-1. 0?1. 0的區(qū)域局部放大曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 本發(fā)明提出的一種用于熱障涂層的含多種活性元素的粘結(jié)層材料結(jié)合實(shí)施例及 附圖進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明如下：
[0033] 本發(fā)明提出的一種用于熱障涂層的含多種活性元素的粘結(jié)層材料由基本成分和 添加成分構(gòu)成；所述基體成分及各成分的原子百分比如下：
[0034] Co:Bal.(余量），
[0035] Ni : 24at%-34at%,
[0036] Cr: 16at % -27at %，更好為 16at % -22at %，
[0037] A1: 9at % _21at %，更好為 9at % _16at %，
[0038] 上述各成分的純度均為99. 90%以上。
[0039] 添加以下任意兩種成分組合及各成分組合中的原子百分比如下：
[0040] Hf+Y:0. 05at% _2at%，其中，Hf:Y 為：1:1 ?4:1 ;
[0041] 0? 05at% -0? 5at%為好，0? lat% -0? 2at%最為合適；
[0042] Dy+La:0? lat% _2at%，其中，Dy:La 為：1:1 ?4:1 ;
[0043] 0? lat% -0? 5at%為好，0? lat% -0? 2at%最為合適；
[0044] Hf+Sc:0. 05at% _2at%，其中，Hf:Sc 為：1:4 ?4:1;
[0045] 0?5at% -1. 5at%為好，0?5at% -lat%最為合適。
[0046] 本發(fā)明給出了10種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件熱障涂層的粘結(jié)層實(shí)施例合金材 料，各實(shí)施例合金材料的成分及各成分的原子百分比如表1所示，本實(shí)施例采用真空熔煉 的方法制備。
[0047] 表1實(shí)施例材料及比較例的成分（at% )
[0048]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于熱障涂層的含多種活性元素的粘結(jié)層材料，其特征在于，該材料由基本成 分和添加成分構(gòu)成；所述基體成分及各成分的原子百分比如下： Co:Bal.(余量）， Ni : 24at%-34at%, Cr:16at% -27at%, A1:9at% -21at%； 添加以下任意兩種成分組合及各成分組合中的原子百分比如下： Hf+Y:0.05at% -2at%，其中，Hf:Y為：1:1?4:1 ; Dy+La:0? lat% _2at%，其中，Dy:La為：1:1?4:1 ; Hf+Sc:0. 05at% -2at%，其中，Hf:Sc為：1:4?4:1。
2.如權(quán)利要求1所述材料，其特征在于，所述基本成分中Cr: 16at % -22at%， A1:9at% _16at%。
3.如權(quán)利要求1所述材料，其特征在于，所述各基本成分Co、Ni、Cr、A1的純度均為 99. 90%以上。
4.如權(quán)利要求1所述材料，其特征在于，所述添加的成分組合中各成分的原子百分比 如下： Hf+Y：0. 05at% -0. 5at%； Dy+La:0. lat% -〇. 5at%； Hf+Sc:0. 5at% -1. 5at%。
5.如權(quán)利要求1所述材料，其特征在于，所述添加的成分組合中的各成分的原子百分 比如下： Hf+Y:0. lat% -0. 2at%； Dy+La:0. lat% -〇. 2at%； Hf+Sc:0. 5at% -lat%。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于熱障涂層的含多種活性元素的粘結(jié)層材料，屬于新材料開(kāi)發(fā)及應(yīng)用領(lǐng)域，該材料由基本成分和添加成分構(gòu)成；所述基體成分及各成分的原子百分比如下：Co:Bal.(余量)，Ni:24at％-34at％，Cr:16at％-27at％，Al:9at％-21at％；添加成分及各成分的原子百分比如下：Hf+Y:0.05at％-2at％，其中，Hf:Y為：1:1～4:1；Dy+La:0.1at％-2at％，其中，Dy:La為：1:1～4:1；Hf+Sc:0.05at％-2at％，其中，Hf:Sc為：1:4～4:1。本發(fā)明以CoNiCrAl合金為基礎(chǔ)，通過(guò)添加微量元素，改善合金的抗高溫氧化腐蝕的性能，從而提高熱障涂層的整體性能，改善其抗高溫氧化性能提高其服役的時(shí)間。
【IPC分類(lèi)】C22C19-07, C22C30-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104593640
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510050049
【發(fā)明人】楊志剛, 汪海鋒, 張玉朵, 張弛, 張強(qiáng), 段方苗
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日