[發明專利]構件表面具有自愈合能力的環境屏障涂層及制備方法

有效

• 申請號: 201410199003.2
• 申請日: 2014-05-12
• 公開（公告）號: CN103980006A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 王一光;葉喬;陸永洪;張立同;成來飛
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C04B41/89
• 分類號: C04B41/89
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明屬于涂層領域，具體涉及一種構件表面具有自愈合能力的環境屏障涂層及制備方法。

背景技術

連續纖維增韌碳化硅陶瓷基復合材料(CMC-SiC，包括SiC_f/SiC和C_f/SiC)擁有高比強度、高比模量、抗氧化和低密度等特點，現已成為航空發動機熱端部件上理想的候選材料。在干燥空氣環境中，CMC-SiC表面會形成一層SiO₂保護膜，使其在干燥空氣環境中具有較好的抗氧化性能。然而，發動機燃氣環境中的水蒸氣、氧以及熔鹽雜質(如：Na₂SO₄等)等腐蝕性介質會對SiO₂保護膜造成侵蝕，使SiO₂保護膜喪失對內部CMC-SiC的保護作用，從而導致CMC-SiC的使用性能急劇下降。CMC-SiC在燃氣環境中所面臨的腐蝕問題嚴重制約了其在航空發動機熱端部件的應用。目前，較為有效的辦法是在CMC-SiC部件上制備環境屏障涂層(Environmental?Barrier?Coatings,EBCs)，使CMC-SiC部件能夠在燃氣環境中長期服役，并滿足航空發動機部件安全性要求。

目前，EBC的制備方法包括：等離子噴涂法、電子束物理氣象沉積法、化學氣相沉積、溶膠-凝膠法、漿料浸漬法以及反應燒結法等。這些方法制備的EBC都不可避免地會產生微裂紋。在服役過程中，EBC中的微裂紋會發生擴展，導致涂層產生貫穿性裂紋以及橫向裂紋。此時，燃氣環境中所存在的水蒸汽、氧以及熔鹽雜質等腐蝕性介質會通過這些裂紋迅速擴散至CMC-SiC內部，對CMC-SiC部件造成腐蝕，使EBC喪失了保護CMC-SiC的作用。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種構件表面具有自愈合能力的環境屏障涂層及制備方法，該涂層能在服役過程中通過愈合填封相的產生以及體積膨脹效應使涂層中的裂紋發生愈合，從而有效提高涂層的耐久性。

技術方案

一種構件表面具有自愈合能力的環境屏障涂層，其特征在于包括構件表面的硅或碳化硅粘結層，粘結層上的具有自愈合能力的環境屏障涂層；所述硅或碳化硅粘結層的厚度為10～30μm；所述具有自愈合能力的環境屏障涂層的厚度為50～100μm。

所述具有自愈合能力的環境屏障涂層采用一種或幾種EBC材料與硅化物的混合物；加入硅化物后硅化物體積占涂層總體積的比例為5％至30％。

所述EBC材料為鋇鍶鋁硅、稀土硅酸鹽或鋯酸鹽。

所述硅化物為硅鈦，硅鉻，硅鉬、硅鉭、硅鋯、硅鋁或鈦硅碳。

一種制備構件表面具有自愈合能力的環境屏障涂層的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：采用化學氣相沉積CVD方法，在構件表面制備厚度為10～30μm碳化硅粘結層，或采用反應熔體滲透RMI法在構建表面制備厚度為10～30μm硅的粘結層；

步驟2：將一種或幾種EBC材料與硅化物機械混合球磨，球磨后混合粉體粒度保持在1到10μm之間；加入硅化物后硅化物體積占涂層總體積的比例為5％至30％；

步驟3：在步驟1制備的粘結層上，將步驟2的混合粉體采用涂刷法、浸漬提拉法或等離子噴涂法制備厚度為50～100μm的具有自愈合能力的環境屏障涂層。

所述涂刷法或浸漬提拉法：先將球磨后的混合粉體制備成漿料，后進行燒結，反復直至覆在粘結層上涂層的厚度為50～100μm；，燒結時要將升溫降溫速度控制在小于1℃/分鐘，燒結溫度在1400℃至1470℃，燒結保溫時間控制在2到4個小時之間。

所述等離子噴涂法為：將球磨后的混合粉體進行噴霧造粒處理，造粒前必須向混合粉體內加入質量分數為3％-5％的粘結劑，噴涂時將等離子噴涂機的工作氣體流量控制在2000到3000qv/L·h^-1,載氣的流速在200至300qv/L·h^-1之間，送粉量在20到60qm/g·min^-1之間。

有益效果