[發明專利]一種抗氧化裂紋自修復熱障涂層的制備方法

在審

• 申請號: 201810538502.8
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108677128A
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 陳建峰;林茂梅;朱彩娣
• 申請（專利權）人: 陳建峰
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/06;C23C4/11;C01B32/963
• 代理公司: 北京風雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 朱親林

本發明公開了一種抗氧化裂紋自修復熱障涂層的制備方法，屬于涂層制備技術領域。本發明通過冰劈原理破壞松木屑的纖維結構，再通過球磨得到多羥基的纖維束，另外本發明使用的氧化釔部分穩定的氧化鋯粉體陶瓷涂層內部含有豐富的空位結構，本申請通過控制自修復粘結層的厚度，使得其在被氧化的過程中將會在垂直于基體平面的方向上累計更大的體積增生應力，碳化硅便開始被氧化產生體積增生，起到自動填補粘結層增生裂紋的作用，阻斷了氧分子在熱障涂層內部的傳遞路徑，進一步提高了熱障涂層的抗氧化性，銀的加入還增強了涂層抗剝落能力、降低了涂層表面粗糙度，減少了涂層內的內氧化率，也能提高熱障涂層的抗氧化性能，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明公開了一種抗氧化裂紋自修復熱障涂層的制備方法，屬于涂層制備技術領域。

背景技術

熱障涂層是一層陶瓷涂層，它沉積在耐高溫金屬或超合金的表面，熱障涂層對于基底材料起到隔熱作用，降低基底溫度，使得用其制成的器件（如發動機渦輪葉片）能在高溫下運行，并且可以提高器件熱效率達到60%以上。具有良好的高溫化學穩定性、抗沖刷性和隔熱性等特點，可以有效地緩解金屬基體材料的高溫氧化和腐蝕，并能降低金屬基體表面的工作溫度，不僅可以提高航空渦輪發動機或地面燃機經濟性，而且可極大的延長其使用壽命，自20世紀70年代初問世以來受到廣泛重視并得到迅速發展。

美國NASA- Lewis研究中心為了提高燃氣渦輪葉片、火箭發動機的抗高溫和耐腐蝕性能，早在二十世紀50年代就提出了熱障涂層概念。在涂層的材料選擇和制備工藝上進行較長時間的探索后，80年代初取得了重大突破，為熱障涂層的應用奠定了堅實基礎。隨著熱障涂層在高溫發動機熱端部件上的應用，人們認識到熱障涂層的應用不僅可以達到提高基體抗高溫腐蝕能力，進一步提高發動機工作溫度的目的，而且可以減少燃油消耗、提高效率、延長熱端部件的使用壽命。與開發新型高溫合金材料相比，熱障涂層的研究成本相對較低，工藝也現實可行。

隨著航空、航天及民用技術的發展，熱端部件的使用溫度要求越來越高，已達到高溫合金和單晶材料的極限狀況。目前，使用最廣泛的陶瓷熱障涂層材料是氧化釔部分穩定的氧化鋯（YSZ，ZrO₂-6-8wt.％Y₂O₃）。YSZ材料內部的空位結構有利于氧離子在YSZ內部進行擴散，而由于YSZ材料內部的空位結構有利于降低熱傳導系數，因此空位對作為熱障涂層的YSZ材料而言是必不可少的。提高熱障涂層的抗氧化性性能也是保障涂層隔熱性能的關鍵。目前傳統熱障涂層在熱循環工作過程中，由于熱生長氧化物在粘結層/工作層界面不斷生長產生裂紋導致涂層隔熱性能降低，粘結層/工作層界面穩定性差，容易脫落。因此，發明一種抗氧化性能好且防裂紋可以自修復的熱障涂層對涂層制備技術領域具有積極意義。

發明內容

本發明主要解決的技術問題，針對目前傳統熱障涂層在熱循環工作過程中，由于熱生長氧化物在粘結層/工作層界面不斷生長產生裂紋導致涂層隔熱性能降低，粘結層/工作層界面穩定性差，容易脫落，導致的缺陷，提供了一種抗氧化裂紋自修復熱障涂層的制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種抗氧化裂紋自修復熱障涂層的制備方法，其特征在于具體制備步驟為：

（1）稱取松木屑放入去離子水中浸泡1～2h，浸泡結束后過濾分離得到濾渣，立即將濾渣放入冰箱中，冷凍處理，得到冷凍物；

（2）將上述冷凍物放入球磨機中，再按球料質量比為20:1向球磨機中加入不銹鋼球磨珠，球磨處理1～2h，球磨后出料，得到球磨產物，將球磨產物和正硅酸乙酯以及質量分數為10%的乙醇溶液混合，得到混合液；

（3）將上述混合液放入水浴鍋中，加熱升溫至40～50℃，攪拌反應10～12h，反應結束后過濾分離得到反應濾渣，將反應濾渣放入炭化爐中，在氮氣保護下炭化，得到碳化物；