[發明專利]一種雙層梯度結構熱障涂層及其制備工藝

有效

• 申請號: 201810799175.1
• 申請日: 2018-07-19
• 公開（公告）號: CN109023201B
• 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: C23C4/04
• 分類號: C23C4/04;C23C4/06;C23C4/11;C23C4/134;C23C28/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 田洲

1.一種雙層梯度結構熱障涂層，其特征在于，包括位于內部的第一層狀隔熱層(3)和位于外部的第二層狀隔熱層(4)；位于外部的第二層狀隔熱層(4)由N個亞層堆疊構成，N為自然數，N的取值范圍為2～10，每個亞層的隔熱溫度相等，第二層狀隔熱層(4)的亞層由內向外熱導率遞減；

第一層狀隔熱層(3)占雙層梯度結構熱障涂層總厚度的20％～60％，所用材料的斷裂韌性大于或等于2.5MPa·m^1/2；

第二層狀隔熱層(4)占雙層梯度結構熱障涂層總厚度的40％～80％，所用材料在1200～1600℃無相變、且在1000～1600℃下熱導率低于1.8W/m·K。

2.根據權利要求1所述的一種雙層梯度結構熱障涂層，其特征在于，第一層狀隔熱層(3)和位于外部的第二層狀隔熱層(4)均通過材料粉末形成的片層單元層疊而形成，片層單元橫向尺寸為8～20μm、縱向尺寸為0.8～2.5μm，片層單元沿縱向的層間結合率均小于等于40％。

3.根據權利要求1所述的一種雙層梯度結構熱障涂層，其特征在于，第一層狀隔熱層(3)的縱向熱導率為第一層狀隔熱層(3)所用材料本征熱導率的40％～50％；第二層狀隔熱層(4)最內層的亞層的熱導率小于或等于第二層狀隔熱層(4)所用材料本征熱導率的50％，且相鄰亞層間的熱導率相差5％～40％。

4.根據權利要求1所述的一種雙層梯度結構熱障涂層，其特征在于，第一層狀隔熱層(3)的孔隙率為5％～15％，第二層狀隔熱層(4)的孔隙率為10％～20％，且第二隔熱層(4)的亞層孔隙率由內向外逐漸增加。

5.根據權利要求1所述的一種雙層梯度結構熱障涂層，其特征在于，第一層狀隔熱層(3)的材料為氧化釔穩定的氧化鋯材料；第二層狀隔熱層(4)的材料為稀土鋯酸鹽、鈰酸鹽、稀土磷酸鹽、稀土鉭酸鹽或LaMgAl₁₁O₁₉。

6.根據權利要求1所述的一種雙層梯度結構熱障涂層，其特征在于，第一層狀隔熱層(3)沉積在基體(1)表面的金屬粘結層(2)上。

7.權利要求1至6中任一項所述的一種雙層梯度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)上依次沉積金屬粘結層(2)和第一層狀隔熱層(3)；

步驟二，通過熱噴涂方法，改變噴涂參數，在第一層狀隔熱層(3)上依次沉積第二隔熱層(4)的N個亞層，確保每層隔熱相同的溫度，且由內向外熱導率逐漸減小；

第一層狀隔熱層(3)和第二層狀隔熱層(4)均呈現出片層單元堆疊的層狀結構，扁平狀顆粒的橫向尺寸為8～20μm、縱向尺寸為0.8～2.5μm，沿厚度方向扁平狀顆粒間結合率均小于等于40％，相鄰扁平狀顆粒間含有0.1～10μm的層間微孔隙。

8.權利要求7所述的制備工藝，其特征在于，步驟二所述的熱噴涂方法為大氣等離子噴涂、低壓等離子噴涂、真空等離子噴涂或火焰噴涂。

9.權利要求7所述的制備工藝，其特征在于，步驟二所述的改變噴涂參數具體為噴涂距離調整，噴涂距離的范圍為60～150mm。

10.權利要求7所述的制備工藝，其特征在于，具體包括：

步驟一，在圓柱形高溫合金基體表面采用低壓等離子噴涂工藝制備100μm厚的金屬粘結層；

步驟二，采用粒徑為45μm～75μm的8YSZ球形中空噴涂粉末，通過大氣等離子技術噴涂制備出厚度200μm、層間結合率30％的第一層狀隔熱層；

步驟三，采用粒徑為50μm～80μm的鋯酸鑭粉末，通過大氣等離子噴涂技術在噴涂距離為85mm、115mm和130mm下依次沉積制備出厚度74μm、60μm和48μm的梯度隔熱層(4)的亞層，每個亞層隔熱溫度均為60℃，亞層由內向外的孔隙率依次為10％、14％、18％，形成梯度隔熱層；完成雙層梯度結構熱障涂層的制備。