[發(fā)明專利]一種高溫穩(wěn)定熱障涂層的制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201910084694.4
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109576630A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發(fā)明（設計）人: 史玉蘭;王益民;史志新
• 申請（專利權）人: 常州市訊德電器有限公司
• 主分類號: C23C4/129
• 分類號: C23C4/129;C23C4/06;C23C4/18
• 代理公司: 北京風雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 於林峰

本發(fā)明涉及一種高溫穩(wěn)定熱障涂層的制備方法，屬于金屬鍍層材料技術領域。本發(fā)明以泡沫鎳鉬合金為原料，制備金屬粘結涂層，加入泡沫鎳鉬合金的金屬粘結涂層具有良好的抗熱震性和耐用性，鉬是一種過渡元素，極易改變其氧化狀態(tài)，在體內(nèi)的氧化還原反應中起著傳遞電子的作用，從而有效提高金屬粘結涂層的耐高溫性和熱穩(wěn)定性。本發(fā)明以硅鋁凝膠填充泡沫鎳基合金，硅鋁凝膠在高溫煅燒下能與泡沫鎳基合金形成保護性氧化膜，氧化膜在釔、鉬元素的作用下可降低生長速率，硅鋁凝膠在高溫下煅燒為硅酸鋁，硅酸鋁可有效附著在氧化膜上，能夠強化氧化膜的黏附力，改善循環(huán)氧化性能，提高氧化膜在高溫下的耐用性和熱穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明涉及一種高溫穩(wěn)定熱障涂層的制備方法，屬于金屬鍍層材料技術領域。

背景技術

隨著航空發(fā)動機向著高推重比方向的發(fā)展，燃燒室的工作溫度不斷提高，如軍用飛機的燃氣溫度高達1600℃，而用于制造渦輪機葉片的鎳基高溫合金的最高使用溫度只有1100℃，已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代航空發(fā)動機的使用要求。基于此，除了改進冷卻結構系統(tǒng)外，在高溫合金表面制備熱障涂層成為一種高效與快捷的方法。

熱障涂層（簡稱TBC），是由三個部分組胞1）粘接層（簡稱BC），2）熱生長氧化物（簡稱TGO）和3）陶瓷頂層（簡稱TC）。當TBC在髙溫下服役時，TGO才會生成。而在TGO生成的初期，TGO可在一定的程度上起到抑制氧化物生長的作用，即可視為抗氧化涂層。但是隨著TBC在高溫下服役時間的延長，TGO不斷生長并最終導致了涂層整體的破壞性剝落。TGO是造成TBC破壞的主要原因。

熱障涂層一般由高隔熱、抗腐蝕的陶瓷涂層和金屬粘結層組成。陶瓷涂層的主要功能是在高溫載荷下減弱熱量向基體的傳送，提高基體抗氧化與抗腐蝕的性能。金屬粘結層的作用是緩解陶瓷層和基體熱膨脹的不匹配，提高基體的抗高溫氧化性能。目前，TBC技術是應用于航空發(fā)動機高溫端部件表面防護領域不可或缺的關鍵技術，隨著科學技術的發(fā)展，在航天、航空、電力、化工、冶金等眾多領域將會得到更為廣泛的研究與應用。為了使熱障涂層達到最好的隔熱效果，必須對熱障涂層系統(tǒng)進行結構設計。目前，熱障涂層的結構主要分為三種：雙層結構、多層結構和梯度結構。其中，雙層結構主要由陶瓷層和粘結層構成，具有結構簡單與工藝成熟的優(yōu)點。但是，陶瓷層與粘結層的熱膨脹系數(shù)及彈性模量相差較大，在高溫熱循環(huán)過程中易脫落。因此，為了緩解界面熱物理性能的不匹配，發(fā)展了多層結構，主要由金屬粘結層、多層隔熱層、Al₂O₃阻氧層以及陶瓷頂層等構成。

近年來，有多種能夠提高TBC抗氧化性與壽命的方法被報道。其中，根據(jù)科研人員報道可知，Al₂O₃在1400°C時，其氧擴散系數(shù)為10^-12cm²/s)薄膜具有良好的抗氧化性。另外，還有很多研究人員也得出了相似的結論，即Al₂O₃薄膜/涂層的確能在一定程度上提高TBC的抗氧化性。但是經(jīng)過大氣等離子噴涂技術(簡稱APS)設備噴涂態(tài)的Al₂O₃或者Al₂O₃/YSZ涂層，本征的就具備很髙的孔隙率，這會導致涂層的抗氧化性降低。

自愈合材料包括陶瓷材料，高分子化合物材料，金屬材料和復合材料。正如其名字自愈合所表達的含義一樣，在材料本身由于加熱、受力、受到?jīng)_擊或其他因素而造成了損傷時，自愈合材料具有能夠修復自生的特性。目前，除了部分關于防腐涂層的自愈合材料應用的研究外，鮮有關于熱障涂層方面的自愈合材料應用研究。自愈合材料具有提高涂層的抗氧化性的可能性，其原理是通過密封效應提高涂層的孔隙率，減少涂層中的氧擴散通道。在相關的研究中，研究者們研究了航空發(fā)動機高溫部件上使用輕質自愈合陶瓷材料，并且通過研究得知SiC及其對應的氧化物能夠有足夠的塑性來阻止裂紋的擴展，同時也有自愈合的能力來密封裂紋并阻止氧的侵入。