[發明專利]一種陶瓷基高溫可磨耗封嚴涂層的制備方法

在審

• 申請號: 201811034437.1
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN109207902A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 杜令忠;王喆;蘭昊;張偉剛;黃傳兵
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/073;C23C4/11
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 周蜜;仇蕾安

本發明涉及一種陶瓷基高溫可磨耗封嚴涂層的制備方法，屬于復合材料領域。通過表面噴砂處理后的基體上先用大氣等離子體噴涂CoNiCrAlY層作為底層，再將YSZ溶液前驅體采用SPPS噴涂在底層上，形成YSZ陶瓷基納米涂層，即為所述涂層。所述方法能夠有效地降低所述涂層的硬度，提高所述涂層的結合強度，與傳統的封嚴涂層相比，所述涂層的摩擦系數明顯降低；所述方法簡化了所述涂層的后處理，無需對制孔劑進行處理，通過在溶液前驅體中加入納米顆粒，有效提高噴涂效率；而在噴涂過程中，納米顆粒受熱狀態不同，容易在所述涂層中形成大孔和小孔相結合的特殊結構，提高所述涂層的孔隙率。

技術領域

本發明涉及一種陶瓷基高溫可磨耗封嚴涂層的制備方法，具體地說涉及燃氣輪機和航空發動機中高溫可磨耗封嚴涂層的制備方法，所述涂層用作氣路封嚴及保護葉片不受損傷，是一種具有納米結構的高性能高溫封嚴涂層，屬于復合材料領域。

背景技術

高溫可磨耗封嚴涂層廣泛用于風扇、壓氣機及渦輪部件中的功能性涂層涂覆。封嚴涂層用于機匣內部，與篦齒或葉片葉尖作用，降低氣體壓縮過程中產生的泄露。為了提高發動機的性能和工作效率，降低油耗，需要減小發動機機匣與葉片葉尖之間的間隙。然而，發動機運行過程中，許多因素都會引起機匣與葉片葉尖間隙的變化，如熱膨脹、離心力變化等，會導致葉片伸長、機匣受熱膨脹，使葉片葉尖與機匣發生摩擦而損傷。因此，高溫封嚴涂層不僅應具有減小氣路間隙的作用，還應具有保護葉片葉尖不被磨損的功能，這就需要高溫封嚴涂層必須具有耐高溫、可磨耗、低摩擦系數、硬度低等特點。

目前，航空技術的高速發展，渦輪部位的工作溫度都已達到1000℃以上，傳統的金屬基封嚴涂層無法滿足長時間高溫環境下使用，此外，金屬基封嚴涂層結合強度高，硬度高，即使添加潤滑相如氮化硼、氟化鈣、膨潤土等，提高涂層孔隙，降低涂層硬度，但隨著使用時間的延長，金屬基體內部發生氧化現象，且涂層孔隙率降低，硬度增加，這些嚴重阻礙金屬基封嚴涂層的發展。

陶瓷基封嚴涂層解決了金屬基涂層高溫容易被氧化的問題。陶瓷基體硬度較高，通過增加制孔劑，可以增加宏觀大孔結構，部分降低涂層的硬度，但無法從根本上解決涂層的可磨耗性，導致發動機葉片受損嚴重，效率降低。

綜上所述，研制獲得具有低硬度和高磨耗性能的高溫封嚴涂層是該領域急需解決的問題。

發明內容

為了解決以上問題，本發明目的在于制備出一種陶瓷基高溫封嚴涂層的制備方法，所述涂層利用溶液前驅體等離子噴涂技術(SPPS)制備高孔隙率陶瓷涂層，不需要添加制孔劑，在滿足作為發動機高溫封嚴涂層性能的同時，有效降低涂層的硬度，提高涂層的可磨耗性，達到保護葉片、減小間隙的作用。

為實現本發明的目的。提供以下技術方案。

一種陶瓷基高溫封嚴涂層的制備方法，所述方法步驟如下：

(1)對基體清潔的表面進行噴砂處理，其粗糙度(Ra)值為25μm～50μm，得到表面預處理的基體；

(2)將原料溶于水和醇類物質混合溶液中制備YSZ(yttria-stabilized zirconia氧化釔穩定氧化鋯)溶液前驅體，其中釔元素作鋯元素的穩定劑；

(3)先在表面預處理的基體上采用大氣等離子體噴涂CoNiCrAlY層作為底層，YSZ溶液前驅體采用SPPS噴涂在底層上，形成YSZ陶瓷基納米涂層，該涂層即為本發明所述的一種陶瓷基高溫封嚴涂層。

其中：

步驟(1)中：

所述基體為高溫合金基體，一般以鈷、鎳為基體，具有高溫強度、塑性，良好的抗氧化性、康熱腐蝕性能，為單一的奧氏體組織，在高溫環境中穩定性高；

可采用乙醇或丙酮溶液對基體表面的油污進行清理獲得表面清潔的基體；

步驟(2)中：