[發明專利]具有富鋁擴散層粘結層的陶瓷熱障涂層及制備方法

無效

• 申請號: 201210444165.9
• 申請日: 2012-11-07
• 公開（公告）號: CN102925841A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 郝杰;韓玉君;陸冠雄;葉福興
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C23C4/04
• 分類號: C23C4/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

技術領域

本發明屬于涂層制備技術領域，特別是涉及一種具有富鋁擴散層粘結層的陶瓷熱障涂層及制備方法，通過改善粘結層后期供Al狀況，提高熱障涂層的抗熱沖擊性，延長其使用壽命。

背景技術

隨著航空航天技術的進步，航空燃氣渦輪機正在向著高流量比、高推重比和高渦輪進口溫度方向發展，但隨著燃氣溫度和燃氣壓力的不斷提高，熱端部件服役溫度高達1500℃，遠遠超過高溫合金的服役極限，由此促進了降低發動機熱端部件溫度技術的發展與應用。除改進冷卻技術外，在高溫合金熱端部件表面制備熱障涂層是重要手段之一。

陶瓷熱障涂層系統一般采用雙層結構，其中表層是陶瓷層，多采用被釔穩定的鋯，該層在高溫下穩定性較好，主要起隔熱作用；陶瓷層與基體之間為粘結層，目前該層通常采用MCrAlY材料，其中M包括鎳、鈷、鐵或其中組合中的至少一種，Cr是鉻，Al是鋁，而Y是釔，其功能是改善基體與陶瓷層之間的熱匹配，并且在高溫服役過程中于粘結層與陶瓷層之間形成熱生長氧化物層（TGO：Thermally?Grown?Oxides）。TGO可以防止粘結層氧化腐蝕，直接影響熱障涂層的壽命。多年研究發現，熱障涂層的失效多集中于TGO處，隨著其不斷生長，附近將會形成貧鋁區，從而導致該區域Ni，Co等元素選擇性氧化，形成的氧化物與TGO中Al₂O₃發生反應生成尖晶石結構物質（Spinel），會影響氧化膜的連續性，消耗合金元素，加速涂層的退化，最終導致涂層失效。

為了解決上述問題，我們提出一種新型熱障涂層系統通過改善鋁元素擴散機制，增加氧化后期粘結層的供Al，進而干預TGO的生長，可以有效提高熱障涂層的使用壽命。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術不足，通過預先沉積富鋁擴散層3，改善氧化后期主粘結層的供Al，減少TGO層5附近尖晶石結構物質的形成，提高熱障涂層的抗熱沖擊性，延長其使用壽命。

本發明的技術方案如下：

一種具有富鋁擴散層粘結層的陶瓷熱障涂層，其在基體4與主粘結層2之間設置一層富Al擴散層3。

本發明的陶瓷熱障涂層，基體上的瓷熱障涂層為三層，依次為富鋁擴散層3、主粘結層2和陶瓷涂層1；對應的厚度依次為20～60μm、100～150μm和250～500μm。

本發明的具有富鋁擴散層粘結層的陶瓷熱障涂層的制備方法，步驟如下：

1）對基體4表面進行清洗和噴砂處理；

2）采用超音速火焰噴涂方法在基體表面沉積富鋁擴散層3；

3）采用超音速火焰或者等離子噴涂方法在富鋁擴散層3表面上沉積主粘結層2；

4）采用等離子噴涂方法在主粘結層上沉積陶瓷層1，獲得具有富鋁擴散層粘結層的陶瓷熱障涂層。

所述步驟2）中用于沉積富鋁擴散層3的顆粒選擇Ni20Al材料，其中Ni是鎳，Al是鋁，平均粒徑分布為45～125μm，采用的超音速噴涂方法，噴涂功率20～50kW，噴涂電流400～800A，送粉氣體為N₂，氣體壓力0.6MPa，噴涂距離80～180mm，涂層厚度為20～60μm。

所述的步驟3）中用于沉積主粘結層2的粉末可選擇MCrAlY材料，其中M包括鎳、鈷、鐵至少一種或其中的組合，Cr是鉻，Al是鋁，而Y是釔，其平均粒徑分布范圍為10～100μm，，所采用的沉積方法為超音速火焰噴涂或等離子噴涂方法。

本發明的熱障涂層系統是在基體4上預先噴涂富鋁擴散層3，與主粘結層2及陶瓷層1構成具有富鋁擴散層粘結層的陶瓷熱障涂層系統，可以在氧化后期為TGO的生長提供充分的Al，減少尖晶石的生成。本發明屬于涂層制備技術領域，特別是涉及制備一種具有富鋁擴散層粘結層的陶瓷熱障涂層及制備方法，改善粘結層后期供Al狀況，提高熱障涂層的抗熱沖擊性和延長其使用壽命。

附圖說明

圖1為本發明一種具有富鋁擴散層粘結層的陶瓷熱障涂層的示意圖；

圖2a為經典陶瓷熱障涂層系統在服役初期的Al的擴散情況；

圖2b為本發明的陶瓷熱障涂層系統在服役初期的Al的擴散情況；

圖3a為經典陶瓷熱障涂層系統在服役后期的Al的擴散情況；

圖3b為本發明的陶瓷熱障涂層系統在服役后期的Al的擴散情況。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述：

實施例1：