[實(shí)用新型]一種含有樁釘結(jié)構(gòu)增強(qiáng)體的熱障涂層

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320832548.3
• 申請(qǐng)日: 2013-12-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203697601U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 佟鑫;周克崧;常發(fā)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州有色金屬研究院
• 主分類號(hào): B32B15/04
• 分類號(hào): B32B15/04;B32B18/00;F01D5/28
• 代理公司: 廣東世紀(jì)專利事務(wù)所 44216
• 代理人: 劉卉

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種含有樁釘結(jié)構(gòu)增強(qiáng)體的熱障涂層。

背景技術(shù)

熱障涂層是將耐高溫、高隔熱的材料涂覆在基體合金表面，以提高基體合金抗高溫能力，降低其表面溫度的一種熱防護(hù)技術(shù)。熱障涂層不僅在艦船、能源等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，同時(shí)熱障涂層更是發(fā)展下一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)必不可少的關(guān)鍵技術(shù)。

實(shí)際應(yīng)用的典型航空熱障涂層大都是雙層結(jié)構(gòu)，即分為表層的陶瓷隔熱層和底層的金屬粘結(jié)層。其中陶瓷隔熱層材料是氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯，通常采用大氣等離子噴涂或者電子束物理氣相沉積方法制備；金屬粘結(jié)層材料是MCrAlY，其中M代表Ni、Co或者Ni與Co的混合物，通常采用低壓等離子噴涂或者超音速火焰噴涂方法制備，其功能是改善基體與陶瓷層之間的熱膨脹不匹配性，防止基體被高溫氧化腐蝕。

盡管熱障涂層的發(fā)展已有近30年歷史，涂層材料、結(jié)構(gòu)與制備工藝不斷被改進(jìn)，但是制約熱障涂層應(yīng)用與發(fā)展的巨大障礙仍是涂層的過(guò)早剝落問(wèn)題。熱障涂層在陶瓷隔熱層與金屬粘結(jié)層界面處的開(kāi)裂是其高溫服役失效的主要表現(xiàn)形式。熱障涂層的早期剝落給發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件造成了極大損傷，也產(chǎn)生了重大經(jīng)濟(jì)損失，成為影響發(fā)動(dòng)機(jī)向更高推重比發(fā)展的主要因素之一。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)上述存在問(wèn)題和不足，提供一種界面結(jié)合力高，抗熱疲勞性能顯著改善的含有樁釘結(jié)構(gòu)增強(qiáng)體的熱障涂層。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本實(shí)用新型所述的含有樁釘結(jié)構(gòu)增強(qiáng)體的熱障涂層，其特點(diǎn)是包括金屬粘結(jié)層、陶瓷隔熱層和若干樁釘結(jié)構(gòu)增強(qiáng)體，其中所述金屬粘結(jié)層設(shè)置在基體的外表面，所述陶瓷隔熱層設(shè)置在金屬粘結(jié)層的外表面，且所述金屬粘結(jié)層、陶瓷隔熱層和基體之間的界面結(jié)合為機(jī)械結(jié)合，所述各樁釘結(jié)構(gòu)增強(qiáng)體的頂端穿過(guò)陶瓷隔熱層并與部分的金屬粘結(jié)層相連接，其底面位于陶瓷隔熱層的外表面上。

其中，上述各樁釘結(jié)構(gòu)增強(qiáng)體的底面與陶瓷隔熱層的外表面上設(shè)置有一層陶瓷隔熱層A。

上述金屬粘結(jié)層的厚度小于或等于100μm。

上述陶瓷隔熱層的厚度小于或等于400μm。

上述各樁釘結(jié)構(gòu)增強(qiáng)體分別設(shè)置成倒置的球冠形狀，且相鄰的樁釘結(jié)構(gòu)增強(qiáng)體的分布間距相等。

上述各球冠形狀的樁釘結(jié)構(gòu)增強(qiáng)體的高度小于陶瓷隔熱層和金屬粘結(jié)層的總厚度，且球冠的底面距陶瓷隔熱層和金屬粘結(jié)層的界面的距離為50～400μm，球冠的頂點(diǎn)距陶瓷隔熱層和金屬粘結(jié)層的界面的距離為10～100μm。

上述各樁釘結(jié)構(gòu)增強(qiáng)體內(nèi)部的陶瓷隔熱層與金屬粘結(jié)層的結(jié)合為冶金結(jié)合。

本實(shí)用新型由于采用在熱障涂層中設(shè)置有若干樁釘結(jié)構(gòu)增強(qiáng)體的結(jié)構(gòu)，使涂層的結(jié)合強(qiáng)度經(jīng)拉伸試驗(yàn)測(cè)試提高了75%～150%，涂層的抗熱疲勞性能經(jīng)熱震試驗(yàn)測(cè)試最高提高8.5倍。而且，采用激光改性方法制備樁釘結(jié)構(gòu)增強(qiáng)體可形成網(wǎng)狀裂紋，起到釋放應(yīng)力作用，在熱循環(huán)條件下松弛了熱應(yīng)力，延遲了增強(qiáng)體部位的熱疲勞裂紋萌生。激光改性產(chǎn)生的定向凝固效應(yīng)使樁釘結(jié)構(gòu)增強(qiáng)體形成柱狀晶組織，抑制了陶瓷層單斜相的生成，提高了局部韌性，可以抵抗一部分熱應(yīng)力的破壞。從整體結(jié)構(gòu)角度分析，一方面樁釘結(jié)構(gòu)增強(qiáng)體與原始等離子噴涂涂層組成了物相特征不同的雙相混合強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，對(duì)裂紋擴(kuò)展起到了阻礙作用，使裂紋鈍化、偏轉(zhuǎn)，增加了所需的擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力；另一方面樁釘結(jié)構(gòu)增強(qiáng)體在熱障涂層縱向尺度上產(chǎn)生了“釘扎效應(yīng)”，把陶瓷隔熱層釘扎在金屬粘結(jié)層上，即使周邊界面形成裂紋也能保證陶瓷層不立即剝落。

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例一的局部剖面示意圖。

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例二的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例二的局部剖面示意圖。

具體實(shí)施方式