[發明專利]一種高性能熱障涂層及其陶瓷層

有效

• 申請號: 201610888017.4
• 申請日: 2016-10-11
• 公開（公告）號: CN107815633B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 王福會;江闊;鮑澤斌;王欣;劉松柏
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所;西南科技大學
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/11
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

1.一種熱障涂層的陶瓷層，其特征在于：

所述陶瓷層是用4YSZ球形粉料在一個粘結層表面制備而成，

所述4YSZ球形粉料是通過以下步驟制成：

以純度為99.99％的Y(NO₃)₃·6H₂O和Zr(NO₃)₄·3H₂O為原料，按摩爾比Y(NO₃)₃·6H₂O:Zr(NO₃)₄·3H₂O＝0.08:0.92配料，以去離子水為溶劑，配制成金屬離子總濃度為0.2mol/L的水溶液，磁力攪拌1-3h至澄清透明后，再依次加入添加劑六水檸檬酸和分子量為20000的聚乙二醇，其中檸檬酸加入量160g/L，聚乙二醇20g/L，再經磁力攪拌至澄清透明，從而制得溶膠；

利用壓力霧化方法將上述溶膠霧化到剛玉坩堝中，霧化壓力為0.3MPa，剛玉坩堝溫度為500℃，溶膠霧化完畢后，將剛玉坩堝溫度升至1000℃保溫2h后冷卻至室溫，從而形成4YSZ粉料；

稱取10wt％PVA1788溶于90℃水中，待完全溶解后冷卻至室溫，

按4YSZ粉料/水/PVA水溶液＝1/0.5/0.08的質量比例稱量，加入球磨罐中，以氧化鋯球為碾磨介質，碾磨24小時，制成噴霧干燥所需的漿料，

將所述漿料經320℃噴霧干燥制成球形粉料，篩取200目至400目之間的球形粉料，從而制成所述4YSZ球形粉料。

2.根據權利要求1所述的陶瓷層，其特征在于：

所述陶瓷層是采用大氣等離子噴涂法，用所述4YSZ球形粉料，在上述粘結層表面制備而成，

其中所述大氣等離子噴涂法的噴涂工藝參數包括：

輸出電流550-600A，

輸出電壓60-70V，

氬氣流量100-120SCFH，

氫氣流量15-20SCFH，

噴涂距離90-120cm，

噴涂角度75度-90度，

送粉量20-35g/min，

噴槍移動速度300-500mm/s。

3.根據權利要求1或2所述的陶瓷層，其特征在于：

所述4YSZ球形粉料的晶粒尺寸介于30nm～50nm之間，造粒后的團聚體粉料顆粒尺寸為38μm～74μm，其松裝密度1.1g/cm³。

4.根據權利要求1或2所述的陶瓷層，其特征在于：

所述陶瓷層的沉積態是納米柱晶結構，其中4YSZ為純四方相，Y₂O₃組分分布均勻，4YSZ的晶粒尺寸介于50nm～100nm之間。

5.熱障涂層，其特征在于包括：

制備在一個基體上的粘結層，

制備在所述粘結層上的、根據權利要求1-4之一所述的陶瓷層。

6.根據權利要求5所述的熱障涂層，其特征在于：

所述熱障涂層在室溫至700℃溫度區間的熱擴散系數為0.40mm²/s～0.27mm²/s，

粘結層為NiCoCrAlYHfSi層，其厚度為20μm～60μm。

7.根據權利要求6所述的熱障涂層，其特征在于：粘結層的成分以質量百分比計是：Co為19.6％，Cr為16.7％，Al為14.3％，Y為0.5％，Hf為0.15％，Si為0.36％，Ni為余量，

所述粘結層采用DH-4型多弧離子鍍設備在基體上沉積而成，其沉積參數包括：

電弧電流為70A，

基體溫度為200℃，

直流脈沖偏壓為-20V，

氬氣分壓為0.2Pa，

基材偏壓為-600V，

占空比為20％，

沉積時間為8h。