[發(fā)明專利]一種抗燒結(jié)雙模復(fù)合結(jié)構(gòu)熱障涂層及其制備工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810798532.2
• 申請(qǐng)日: 2018-07-19
• 公開（公告）號(hào): CN109161889B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊冠軍;李廣榮;劉梅軍;唐春華;劉宏;李成新;李長(zhǎng)久
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C28/00
• 分類號(hào): 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(zé)任公司 61200
• 代理人: 田洲

本發(fā)明公開一種抗燒結(jié)雙模復(fù)合結(jié)構(gòu)熱障涂層及其制備工藝，包含：步驟一，在基體上沉積金屬，形成金屬粘結(jié)層；步驟二，通過(guò)熱噴涂方法，在金屬粘結(jié)層上將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(fù)合層狀結(jié)構(gòu)熱障涂層；步驟三，通過(guò)強(qiáng)流沖擊冷卻的預(yù)處理工藝，在復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)熱障涂層內(nèi)形成若干縱向孔隙，得到雙模復(fù)合結(jié)構(gòu)熱障涂層；步驟四，雙模復(fù)合結(jié)構(gòu)熱障涂層和基體熱處理或?qū)嶋H應(yīng)用過(guò)程中，第二片層單元產(chǎn)生相變收縮形成大孔隙，獲得抗燒結(jié)雙模復(fù)合結(jié)構(gòu)熱障涂層。本發(fā)明結(jié)構(gòu)在服役高溫環(huán)境中自發(fā)形成若干垂直于熱流方向的孔隙，并保持高應(yīng)變?nèi)菹蓿瑥亩哂锌篃Y(jié)、長(zhǎng)壽命的特征。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于涂層技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種熱障涂層及其制備工藝。

背景技術(shù)

熱障涂層(Thermal barrier coatings,TBC)廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的高溫?zé)岫藰?gòu)件。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，厚度為250μm或更厚的TBC可使葉片基體表面溫度降低50℃甚至超過(guò)100℃，這相當(dāng)于經(jīng)過(guò)30年的努力才能在提高高溫合金使用溫度的方面取得的進(jìn)展。因此，作為一種隔熱陶瓷涂層，TBC的應(yīng)用對(duì)于提高燃?xì)膺M(jìn)口溫度，進(jìn)而提升發(fā)動(dòng)機(jī)推重比、效率等具有十分重要的意義。

采用熱噴涂方法制備的熱障涂層因其成本低、綜合性能優(yōu)異而得到了廣泛的應(yīng)用。熱噴涂熱障涂層通常呈現(xiàn)出層狀結(jié)構(gòu)，在層狀結(jié)構(gòu)內(nèi)還包含微米和亞微米級(jí)的微孔隙網(wǎng)。這種特殊的結(jié)構(gòu)使得熱障涂層的縱向熱導(dǎo)率和橫向彈性模量均小于相應(yīng)塊材的50％。因此，熱噴涂熱障涂層呈現(xiàn)出了優(yōu)異的隔熱功能和一定的應(yīng)變?nèi)菹蕖?/p>

然而，在實(shí)際的高溫服役過(guò)程中，熱噴涂熱障涂層內(nèi)的微孔隙網(wǎng)在燒結(jié)的作用下易發(fā)生愈合，這顯著影響了熱障涂層的功能性和長(zhǎng)期服役穩(wěn)定性。例如，在1300℃熱暴露50h，熱噴涂YSZ涂層的熱導(dǎo)率提高50％以上，而宏觀彈性模量則提高近200％。彈性模量的提高直接導(dǎo)致了應(yīng)變?nèi)菹薜募眲〗档停沟猛繉釉诜圻^(guò)程中發(fā)生剝離失效。因此，如何提高熱障涂層結(jié)構(gòu)的抗燒結(jié)性，使得涂層在服役過(guò)程中保持高的應(yīng)變?nèi)菹蓿瑢⑹前l(fā)展抗性能衰減、長(zhǎng)壽命熱障涂層的難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種抗燒結(jié)雙模復(fù)合結(jié)構(gòu)熱障涂層及其制備工藝，使涂層在高溫服役中由于復(fù)合片層的相變收縮而自發(fā)形成若干垂直于熱流方向的孔隙，降低由于微孔隙愈合而造成的隔熱能力下降的影響，達(dá)到整體抗燒結(jié)的目的；同時(shí)該涂層的柱狀結(jié)構(gòu)可以使涂層在長(zhǎng)時(shí)間服役中保持高的應(yīng)變?nèi)菹蓿_(dá)到長(zhǎng)壽命的目的，實(shí)現(xiàn)新一代高性能熱障涂層的制備。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種抗燒結(jié)雙模復(fù)合結(jié)構(gòu)熱障涂層的制備工藝，包含以下步驟：

步驟一，在基體上沉積金屬，形成金屬粘結(jié)層；

步驟二，通過(guò)熱噴涂方法，在金屬粘結(jié)層將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(fù)合層狀結(jié)構(gòu)熱障涂層；熱障涂層材料粉末沉積形成第一片層單元，可相變收縮的陶瓷材料粉末沉積形成第二片層單元；

步驟三，通過(guò)強(qiáng)流沖擊冷卻的預(yù)處理工藝，在復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)熱障涂層內(nèi)形成若干縱向孔隙，得到雙模復(fù)合結(jié)構(gòu)熱障涂層；其中，縱向孔隙沿雙模復(fù)合結(jié)構(gòu)熱障涂層表面內(nèi)的寬度為雙模復(fù)合結(jié)構(gòu)熱障涂層總厚度的0.05％～5％，縱向孔隙沿縱向的深度為雙模復(fù)合結(jié)構(gòu)熱障涂層總厚度的10％～100％，相鄰縱向孔隙間隔為雙模復(fù)合結(jié)構(gòu)熱障涂層總厚度的1～15倍；

步驟四，雙模復(fù)合結(jié)構(gòu)熱障涂層和基體在200～1300℃熱處理或?qū)嶋H應(yīng)用過(guò)程中，第二片層單元產(chǎn)生相變收縮形成大孔隙，獲得抗燒結(jié)雙模復(fù)合結(jié)構(gòu)熱障涂層；大孔隙的橫向尺寸為50～200μm，縱向尺寸為0.1～0.5μm。

進(jìn)一步的，制備復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)熱障涂層時(shí)，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％。