[發明專利]一種雙陶瓷層熱障涂層體系及其復合制備工藝

有效

• 申請號: 201711314277.1
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN108060384B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 袁福河;程玉賢;張佳平;王璐;蘆國強
• 申請（專利權）人: 中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司
• 主分類號: C23C4/129
• 分類號: C23C4/129;C23C4/126;C23C4/134;C23C4/073;C23C4/11;C22C19/05;C22C19/03
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 馬海芳

1.一種雙陶瓷層熱障涂層體系，其特征在于，該雙陶瓷層熱障涂層體系包括在高溫合金基體上的粘結層、YSZ涂層和鈰酸鑭涂層；

所述的粘結層為MCrAlY粘結層；

所述的YSZ涂層為氧化釔穩定氧化鋯涂層，即材料主要成分為ZrO₂+(6.5-9.5wt.%)Y₂O₃；其中，含有的其他成分及質量百分比為SiO₂1.7%，Fe₂O₃1.0%，CaO1.5%，MgO1.5%，HfO₂3.0%；

所述的MCrAlY粘結層中，M為金屬，具體為Ni、Co、Ta中的一種或幾種；

其中，當為NiCrAlY粘結層時，其各個金屬元素的質量百分比為，Cr為20-35%，Al為8-14%，Y為0.4-0.9%，余量為Ni；

當為NiCoCrAlTaY粘結層時，其各個金屬元素的質量百分比為，Co為25-32%，Cr為20-30%，Al為8.0-12.0%，Ta為4.5-7.0%，Y為0.4-1.2%，余量為Ni；

所述的鈰酸鑭涂層，采用的噴涂原料為La₂Ce_2.5O₈；

所述的雙陶瓷層熱障涂層體系的復合制備方法為：

步驟1，高溫合金基體預處理

對高溫合金基體進行清潔、粗化、活化的預處理工藝，得到預處理后的高溫合金基體；

步驟2，噴涂粘結層

采用超音速火焰噴涂設備或爆炸噴涂在高溫合金基體上噴涂組織致密的MCrAlY粘結層，得到HV_0.3為300-380、粘結層表面粗糙度Ra為5.0-9.0μm的MCrAlY粘結層；

其中，噴涂的粘結層粉末粒度主要為40~55μm，粒度大于55μm的粉末質量百分數≤15%，粒度小于40μm的粉末質量百分數≤15%；

其噴涂工藝為：當采用超音速火焰噴涂設備噴涂時，噴涂距離為250-400mm，送粉速率為35-75g/min，氧氣壓強為100-150psi，氧氣流量為1650-1850SCFH，煤油壓強為100-150psi，煤油的流量為6.0-8.0GPH；

當采用爆炸噴涂時，乙炔流量為25-35L/min，乙炔壓力為0.9-1.2MPa，氧氣流量為38-47 L/min，氧氣壓力為0.11-0.18MPa，送粉速率為每次沉積厚度2-5μm，噴涂距離160-190mm；

步驟3，噴涂YSZ涂層

在MCrAlY粘結層表面，采用大氣等離子噴涂設備噴涂YSZ涂層，其中，噴涂的YSZ涂層粉末粒度主要為≤74μm，粒度大于74μm粉末的質量百分數≤10%；

其噴涂工藝為：噴涂電流為500-650A，氬氣流量為40-70slpm，氬氣壓力為0.7-1.1MPa，氫氣流量為12-18slpm，氫氣壓力為0.7-1.1MPa，送粉速率為30-65g/min，走槍速率為500-1200mm/s，噴涂距離為80-120mm；

步驟4，等離子噴涂LCO涂層

采用大氣等離子噴涂設備，將粒徑為50~100μm的噴涂LCO粉末噴涂在YSZ涂層表面，得到雙陶瓷層熱障涂層體系；其中，大氣等離子噴涂的噴涂工藝為：噴涂電流為580-750A，氬氣流量為40-65slpm，氫氣流量為15-20slpm，送粉速率為30-45g/min，走槍速率為350-800mm/s，噴涂距離為80-110mm；

其中，所述的粒徑為50~100μm的噴涂LCO粉末，由以下方法制備：將La₂O₃粉末和CeO₂粉末在1000℃熱處理后混合研磨，在1400℃固相反應生成La₂Ce_2.5O₈單相材料，噴霧干燥，制成球形噴涂粉末，過篩，得到粒徑為50~100μm的噴涂LCO粉末。

2.如權利要求1所述的雙陶瓷層熱障涂層體系，其特征在于，所述的粘結層的厚度為80-200μm，YSZ涂層厚度為100-150μm，鈰酸鑭涂層的厚度為70-120μm。