[發明專利]雙梯度隔熱抗燒蝕涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 201811279819.0
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109338270A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 吳護林;叢大龍;李忠盛;何慶兵;張敏;趙子鵬;宋凱強;陳海濤
• 申請（專利權）人: 中國兵器工業第五九研究所
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/073;C23C4/11
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 趙志遠

本發明提供雙梯度隔熱抗燒蝕涂層及其制備方法，涉及高溫環境防護涂層技術領域。本發明提供雙梯度隔熱抗燒蝕涂層，包括：雙梯度隔熱抗燒蝕涂層總厚度為200μm～500μm，包含多個子層，每個子層均具有梯度變化的孔隙率結構和材料成分，具體如下：第1子層孔隙率≤1％，第1子層的涂層材料成分為100％MCrAlYX；最后1個子層孔隙率≤30％，最后1個子層的涂層材料成分為100％M?ZrO2；中間子層孔隙率和涂層材料逐層過渡，中間子層的涂層材料成分為MCrAlYX與M?ZrO₂的混合層。涉及涂層制備方法，采用雙送粉大氣等離子噴涂技術制備涂層，以改善金屬基體表面隔熱抗燒蝕涂層的抗熱沖擊、抗氧化和隔熱性能。

技術領域

本發明涉及高溫環境防護涂層技術領域，具體而言，涉及一種具有雙梯度結構特點的隔熱抗燒蝕涂層的制備方法。

背景技術

隔熱抗燒蝕涂層已經廣泛應用于固體火箭發動機、高溫渦輪發動機等裝備的熱端部件，例如噴管、燃燒室、渦輪葉片、尾翼等高溫部件表面，起到防止火焰氣流、固體顆粒、冷熱沖擊等對基體金屬的氧化、燒蝕、沖擊破壞作用，能夠顯著提高構件使用壽命。

金屬構件表面隔熱抗燒蝕涂層一般包括金屬黏結層(打底層)和表面陶瓷層，二者形成經典雙層結構。粘接層的常用材料是MCrAlYX(M＝Ni,Co或NiCo；X＝Si,Ta)，陶瓷層的常用材料是M-ZrO₂(M＝Y₂O₃,MgO或CeO₂)。隔熱抗燒蝕涂層常用的制備工藝包括大氣等離子噴涂、低壓等離子噴涂、電子束-物理氣相沉積等，其中大氣等離子噴涂具有沉積效率高、工藝過程簡單、經濟效益顯著，是生產中廣泛采用的隔熱抗燒蝕制備工藝。

隔熱抗燒蝕涂層的失效原因包括：1是陶瓷層與金屬構件表面熱膨脹系數不匹配，在高溫熱沖擊過程中巨大的熱膨脹不匹配使金屬基體與陶瓷層之間產生較大殘余熱應力，應力達到一定程度后導致陶瓷層開裂脫落；2是黏結層發生氧化和腐蝕，陶瓷層中較多的貫穿孔隙、微小裂紋等疏松結構導致外界氧化介質、腐蝕氣體等在高溫高壓條件下向陶瓷層內部和黏結層快速擴散，在界面處產生的熱生長氧化物達到一定厚度則導致陶瓷層脫落。

為了解決隔熱抗燒蝕涂層熱沖擊脫落和黏結層氧化腐蝕問題，設計梯度涂層結構和制備技術已經成為研究的熱點。專利1(201510035085.1)提供了一種一種制備梯度熱障涂層的方法，主要采用電鍍或化學鍍方法在納米團聚陶瓷顆粒表面包覆合金粉末，并通過熱噴涂或者激光熔覆方法結合在金屬基體表面，,制備的納米梯度熱障涂層致密性好、結合強度高，但是抗氧化性能未得到改善。專利2(201610302235.)提供了一種同步送粉制備連續漸變結構陶瓷基熱障涂層的方法，主要采用雙送粉超音速等離子噴涂方法制備成分結構連續漸變的陶瓷涂層，熱障涂層具有很低的層間應力，高的熱沖擊壽命及高的隔熱性能，但是抗氧化性能未得到顯著改善。專利3(201210283972.7)提供了一種新型梯度熱障涂層的制備方法，涂層的粘結層中含有易于形成氧化膜的氧化物,且氧化物含量具有梯度變化，并采用電子束物理氣相沉積工藝制備陶瓷層，該熱障涂層耐熱性能和抗氧化性能同時得到提高，但是抗熱沖擊性能未得到顯著改善。

鑒于此，提出一種技術方案以解決上述問題。

發明內容

本發明的目的在于改善金屬基體表面隔熱抗燒蝕涂層的抗熱沖擊性能、抗氧化性能和隔熱性能，該涂層在成分和結構上均具有梯度變化特點，綜合性能突出。

為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：

本發明的一個方面提供一種雙梯度隔熱抗燒蝕涂層，包括：雙梯度隔熱抗燒蝕涂層的涂層總厚度為200μm～500μm，包含多個子層，每個子層均具有梯度變化的孔隙率結構和材料成分，具體如下：