[發明專利]一種抗燒結雙模復合結構熱障涂層及其制備工藝

有效

• 申請號: 201810798532.2
• 申請日: 2018-07-19
• 公開（公告）號: CN109161889B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 楊冠軍;李廣榮;劉梅軍;唐春華;劉宏;李成新;李長久
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C23C28/00
• 分類號: C23C28/00;C23C4/11;C23C4/06;C23C4/129;C23C4/134;C23C4/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 田洲

1.一種抗燒結雙模復合結構熱障涂層的制備工藝，其特征在于，包含以下步驟：

步驟一，在基體(1)上沉積金屬，形成金屬粘結層(2)；

步驟二，通過噴涂方法，在金屬粘結層(2)上熱障涂層材料粉末和可相變收縮的陶瓷材料粉末交替分層沉積形成復合層狀結構熱障涂層；熱障涂層材料粉末沉積形成第一片層單元(3)，可相變收縮的陶瓷材料粉末沉積形成第二片層單元(4)；

步驟三，通過強流沖擊冷卻的預處理工藝，在復合層狀結構熱障涂層內形成若干縱向孔隙(5)，得到雙模復合結構熱障涂層；其中，縱向孔隙(5)沿雙模復合結構熱障涂層表面內的寬度為雙模復合結構熱障涂層總厚度的0.05％～5％，縱向孔隙(5)沿縱向的深度為雙模復合結構熱障涂層總厚度的10％～100％，相鄰縱向孔隙(5)間隔為雙模復合結構熱障涂層總厚度的1～15倍；

步驟四，雙模復合結構熱障涂層和基體在200～1300℃熱處理或實際應用過程中，第二片層單元(4)產生相變收縮形成大孔隙，獲得抗燒結雙模復合結構熱障涂層；大孔隙的橫向尺寸為50～200μm，縱向尺寸為0.1～0.5μm；

第一片層單元(3)的層間結合率≤30％，相鄰第一片層單元(3)之間還包含橫向尺寸為0.05～30μm，縱向尺寸0.01～0.2μm的層間微孔隙；

步驟三中強流沖擊冷卻的預處理工藝具體包括：首先在30min內將步驟二沉積的復合層狀結構熱障涂層及基體同時加熱升溫至900，然后在30s內使復合層狀結構熱障涂層和基體溫度快速升溫至1000～1450℃，且在1000～1450℃的高溫階段的停留時間小于或等于2min；然后，在5～20s內強流沖擊使高溫復合層狀結構熱障涂層的溫度驟降至低溫，且確保復合層狀結構熱障涂層降溫前后的溫差大于或等于600℃；強流沖擊具體為：采用液流速度10～700m/s，液流直徑0.1～15mm的強流沖擊熱障涂層。

2.根據權利要求1所述的一種抗燒結雙模復合結構熱障涂層的制備工藝，其特征在于，制備復合層狀結構熱障涂層時，可相變收縮的陶瓷材料粉末體積含量為熱障涂層材料粉末和可相變收縮的陶瓷材料粉末總體積的10％～50％。

3.根據權利要求1所述的一種抗燒結雙模復合結構熱障涂層的制備工藝，其特征在于，熱障涂層材料粉末的粒徑為5～70μm，可相變收縮的陶瓷材料粉末的粒徑為10～100μm；相鄰第二片層單元(4)在復合層狀結構熱障涂層內縱向間隔N層第一片層單元(3)，N為自然數，N的取值范圍為10-100。

4.根據權利要求1所述的一種抗燒結雙模復合結構熱障涂層的制備工藝，其特征在于，第一片層單元(3)由熔滴鋪展重新凝固形成，單個第一片層單元(3)沿垂直于熱流方向的尺寸為5～25μm，沿平行于熱流方向尺寸為0.5～2.5μm；第一片層單元(3)所用材料為1000℃～1400℃高溫條件下熱導率低于2.5W/m·K的陶瓷材料；

第二片層單元(4)由溶滴鋪展重新凝固形成，單個第二片層單元(4)沿垂直于熱流方向的尺寸為10～250μm，沿垂直于熱流方向的尺寸為0.5～10μm；第二片層單元(4)所用材料為在200～1300℃能產生相變，且新相穩定存在，兩相密度差異≥5％的陶瓷材料。

5.根據權利要求1所述的一種抗燒結雙模復合結構熱障涂層的制備工藝，其特征在于，所述的熱障涂層材料粉末為氧化釔穩定的氧化鋯、稀土鋯酸鹽、鈰酸鹽、稀土磷酸鹽、稀土鉭酸鹽或LaMgAl₁₁O₁₉。

6.根據權利要求1所述的一種抗燒結雙模復合結構熱障涂層的制備工藝，其特征在于，所述的可相變收縮的陶瓷材料粉末為Al₂O₃或TiO₂。