[發明專利]一種熱障抗燒蝕復合涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201510346596.5
• 申請日: 2015-06-19
• 公開（公告）號: CN104988449B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 周武平;王鐵軍;劉國輝;張保紅;林冰濤;唐亮亮;張丹華;甘樂
• 申請（專利權）人: 安泰科技股份有限公司
• 主分類號: C23C4/06
• 分類號: C23C4/06;C23C4/08;C23C4/134
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙)11387
• 代理人: 劉春成,榮紅穎

技術領域

本發明屬于難熔金屬及其復合材料領域，涉及一種熱障抗燒蝕復合涂層及其制備方法。

背景技術

熱障涂層是利用陶瓷材料的耐高溫、抗腐蝕和低導熱等性能，以涂層的方式將陶瓷與金屬基體相結合，提高金屬熱端部件的使用溫度，增強熱端部件的抗高溫氧化能力。延長熱端部件的使用壽命，提高熱機效率的一種表面技術。可以用于艦船發動機、地面燃氣渦輪、火箭、導彈發動機等。

現有熱障復合涂層有雙層結構、多層結構、梯度結構等。

雙層結構的熱障涂層由粘接層和低導熱陶瓷組成，合金粘接層起到使陶瓷層與基體緊密結合的作用，低導熱陶瓷主要起到隔熱的作用。典型的雙層結構的熱障涂層中，通常采用MCrAlY涂層和Pt改性的滲鋁涂層作為粘接層，采用氧化釔穩定的氧化鋯作為隔熱層。

多層結構的熱障涂層一般由粘接層、低導熱陶瓷層、阻氧層、表面封閉層組成，粘接層通常采用MCrAlY涂層和Pt改性的滲鋁涂層。低導熱陶瓷層、阻氧層、封閉層均由不同的氧化物陶瓷層構成。每層都具有特定的功能，外層的封閉層主要用于阻擋燃氣腐蝕產物的侵蝕；低導熱陶瓷用于阻礙熱向合金基體的傳輸，阻氧層用于降低氧向涂層內部的擴散，提高涂層的抗氧化性能。但是，這種多層結構的熱障涂層尚未有實質的應用。

梯度結構的熱障涂層通常在粘接層和低導熱陶瓷表層之間施加具有應力和功能梯度的過渡涂層，以降低由于金屬材料與陶瓷材料熱膨脹系數較大而產生的應力，提高涂層的結合強度、抗熱震能力和使用壽命。

目前，現有的熱障涂層在靜態環境下應用較多，在高溫有氣流沖擊的環境下，陶瓷涂層的抗熱震、抗高溫氣動燒蝕性能較差，因此發展新型的復合涂層，提高涂層的抗高溫、抗燒蝕、抗氧化、抗沖刷以及抗剝落等綜合性能是目前面臨的新問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種熱障抗燒蝕復合涂層。

本發明的目的還在于提供一種上述熱障抗燒蝕復合涂層的制備方法。

本發明采用金屬和陶瓷的復合粉制備的涂層作為熱障層，通過多層復合，優化了涂層與金屬基體、以及涂層與涂層之間的性能匹配，在功能梯度涂層的基礎上進一步提高了其結合強度，有效防止了涂層剝落。從使用性能角度評價，該復合涂層既起到了對金屬基體熱障保護的效果，又提高了涂層的耐高溫抗燒蝕及抗沖刷性能，以適應更廣泛的高溫工作環境。為多用途的新型熱障抗燒蝕涂層提供新的方案。

為了實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種熱障抗燒蝕復合涂層，所述復合涂層設置于金屬基體上，所述復合涂層自所述金屬基體表面向外依次包括結合層、熱障層，其中，所述熱障層的材質為隔熱陶瓷與鎢和/或鉬的復合粉末。

上述熱障抗燒蝕復合涂層，作為一種優選實施方式，所述結合層的材質為鎢粉、鉬粉、鎢鉬復合粉、或者MCrAlY粉，其中，M為Co或者Ni中的一種或兩種。

上述熱障抗燒蝕復合涂層，作為一種優選實施方式，在所述隔熱陶瓷與鎢和/或鉬的復合粉末中，所述隔熱陶瓷的質量百分比為30～90％、所述鎢和/或鉬的質量百分比為：10～70％；優選地，所述隔熱陶瓷為氧化釔穩定的氧化鋯、或者氧化鋁，其中，所述氧化釔穩定的氧化鋯中氧化釔的質量百分比含量為0～15％。

上述熱障抗燒蝕復合涂層，作為一種優選實施方式，所述熱障層由單一層或兩個以上的子層組成，優選地，在所述兩個以上的子層中，自所述結合層表面向外，所述熱障層依次由隔熱子層、過渡子層組成，在所述隔熱子層采用的所述復合粉末中，所述隔熱陶瓷的質量百分比為60～90％，在所述過渡子層采用的所述復合粉末中，所述隔熱陶瓷的質量百分比為30～70％。

上述熱障抗燒蝕復合涂層，作為一種優選實施方式，所述熱障層的厚度為0.2～2mm。

上述熱障抗燒蝕復合涂層，作為一種優選實施方式，所述復合涂層還包括防護層，所述防護層設置于所述熱障層表面，所述防護層的材質為鎢粉、或者所述鉬粉、或者所述鎢鉬復合粉、或者所述隔熱陶瓷與鎢和/或鉬的復合粉末；優選地，所述防護層的厚度為0.5～3.0mm。

上述熱障抗燒蝕復合涂層，作為一種優選實施方式，所述隔熱陶瓷與鎢和/或鉬的復合粉末是采用噴霧造粒工藝制備的；優選地，所述噴霧造粒工藝的參數如下：進口溫度為200～300℃，出口溫度為60～130℃、塔內壓力為-0.03～-0.06MPa、焙燒溫度為1200～1400℃。

上述熱障抗燒蝕復合涂層的制備方法，采用等離子噴涂工藝在所述金屬基體表面噴涂熱障抗燒蝕復合涂層。