[發明專利]一種NiCrAlSi/CeO2

有效

• 申請號: 201811227837.4
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109207917B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 魏東博;張平則;趙瑞博;李淑琴;姚正軍;李逢昆
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C23C14/02
• 分類號: C23C14/02;C23C14/06;C23C14/08;C23C14/46
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種NiCrAlSi/CeO₂摻雜YSZ熱障涂層及其制備方法，所述NiCrAlSi/CeO₂摻雜YSZ熱障涂層，自上而下依次包括CeO₂摻雜YSZ沉積層、NiCrAlSi粘結層和鎳基高溫合金層。所述制備方法包括：a、對鎳基高溫合金基體表面進行預處理；b、利用等離子刻蝕法在基體的表面形成峰形陣列微結構；c、利用雙輝等離子表面冶金法在基體上進行NiCrAlSi沉積；d、采用多弧等離子鍍法在NiCrAlSi沉積層上及進行CeO₂摻雜YSZ沉積，制備過程結束后隨爐冷至室溫，斷電；e、采用真空熱壓擴散法將CeO₂摻雜YSZ陶瓷層與NiCrAlSi粘結層緊密的連接起來；f、將模具放入熱壓擴散爐中加熱，對腔室進行抽真空，當真空度達到10^?4～10^?2Pa后加熱，達到600～700℃后開始卸壓，并隨爐冷卻，脫模取件。本發明的涂層結合強度高。

技術領域

本發明涉及熱障涂層及其制備方法，具體為一種NiCrAlSi/CeO₂摻雜YSZ熱障涂層及其制備方法。

背景技術

在航空發動機中，渦輪葉片由于處于溫度最高、應力最復雜、環境最惡劣的部位而被列為航空發動機第一關鍵件。現有的高溫合金并不能滿足渦輪葉片日益增長的性能需求。為了防止關鍵部件在長期高溫下的工作失效，在其表面制備一層熱障涂層是最有效的方法。熱障涂層能夠大幅降低金屬基體表面所承受的溫度，甚至讓金屬基體在高于本身熔點的溫度下工作。然而，熱障涂層(TBC)在高溫氧化環境中過早失效的問題依然是降低燃氣渦輪葉片壽命的首要問題。

目前TBC系統由特定的性質和功能可分為四層，包括基材、粘結層、熱生長氧化物(TGO)層、陶瓷層。粘結層是直接沉積在金屬基體上的抗氧化金屬層，通由Ni、 Cr和其他元素構成，粘結層的主要目的是保護金屬基體免受氧化和腐蝕，特別是多孔陶瓷面層的氧氣和腐蝕性元素。TGO層是當溫度超過700℃時，粘結層不可避免地會生成的。粘結層與陶瓷層之間，始終會存在氧元素從陶瓷層的空隙中直接進入到粘結層，導致粘結層產生氧化生長應力，從而使涂層開裂。如2015年7月出版的《金屬熱處理》第40卷第7期中“等離子噴涂梯度熱障涂層的抗熱震性能”一文研究采用等離子噴涂制備了沿厚度方向平滑過渡的梯度熱障涂層，這種涂層大幅提高了涂層的結合強度，但明顯不足之處是在高溫下梯度涂層內的合金組員會發生劇烈氧化導致粘結層與陶瓷層發生整體膨脹剝落。2018年出版的《激光與光電子學進展》中“網狀結構熱障涂層的激光快速成型及抗熱震性”一文采用激光快速成型技術在高溫合金基體上制備了網狀結構的襯底，大大提高了涂層與基體的結合強度。但是，陶瓷層與粘結層之間始終存在著毛細管和微裂紋，這些毛細管和微裂紋在高溫下會增大陶瓷層的透氧率，從而增大了TGO 層的而生長速度，最終導致陶瓷層與粘結層之間出現間隙直至剝離失效。陶瓷層一般使用Y₂O₃穩定的ZrO₂(YSZ)，YSZ在擁有理想的低熱導性，但在溫度為1200℃下，YSZ 會發生從t′-四方晶系轉變為四方晶系轉變為立方晶系晶體的相變，這種相變導致頂部涂層內形成裂紋。

綜以上幾個方面，粘結層基本上決定了TBC涂層的剝落，耐用性的關鍵是保持粘結層和基體、粘結層和TGO之間的牢固結合。為了實現這一目的，一方面要創建高強度的初始粘結，另一方面要減少促進粘結層/TGO界面處開裂的應力和累積應變能。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明目的是提供一種粘結層結合力好的NiCrAlSi/CeO₂摻雜YSZ熱障涂層，本發明的另一目的是提供一種提高結合力的NiCrAlSi/CeO₂摻雜YSZ熱障涂層的制備方法。