[發明專利]雙層熱障/高溫低紅外發射率一體化涂層、帶涂層的金屬復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910399986.7
• 申請日: 2019-05-14
• 公開（公告）號: CN110055486B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 黃文質;劉海韜;甘霞云;黃麗華
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/11;C23C4/073;C04B35/66;C04B35/622;C04B35/50;C04B35/48;C03C3/095;C23C28/00
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 錢朝輝

本發明公開了一種雙層熱障/高溫低紅外發射率一體化涂層，所述涂層為多層疊加結構，所述多層疊加結構由內至外依次包括金屬黏結層、熱障陶瓷內層、熱障陶瓷外層以及低紅外發射率層，所述熱障陶瓷內層為La₂Zr₂O₇?8YSZ混合物層，其中，La₂Zr₂O₇粉末占混合物的質量分數不超過45％，所述熱障陶瓷外層為稀土鋯酸鹽層，所述低紅外發射率層為含有導電相AuPt合金粉的Bi₂O₃?Al₂O₃?ZrO₂?CaO?SiO₂系玻璃涂層。本發明還提供一種帶涂層的金屬復合材料及其制備方法。本發明的一體化涂層具有隔熱性能、高溫低紅外發射率、抗熱震性能優異等特點。

技術領域

本發明屬于功能涂層及復合材料領域，尤其涉及一種復合涂層、金屬復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著航空發動機推重比的不斷提升，高溫金屬合金需要能夠在更高溫度環境下使用。相比于通過金屬合金成分優化來提高其耐溫性，采用熱噴涂工藝在金屬合金基底表面制備熱障涂層(Thermal Barrier Coatings，TBCs)來提高其耐溫性是最快速、有效的手段之一。經典熱障涂層通常包括高溫金屬合金基底、金屬黏結層和陶瓷表層三部分。在高溫燃氣環境下，通過陶瓷表層將高溫金屬合金基底與高溫火焰隔開，利用陶瓷涂層的低熱導率特性為高溫金屬合金基底提供隔熱功能，從而有效降低了金屬合金基底的表面溫度，并延緩金屬的高溫燃氣熱氧化腐蝕。

紅外隱身技術是采用冷卻、降溫或降低發射率等手段來降低目標表面溫度與發射率，從而改變目標表面的紅外輻射特征。當表面溫度為1200℃時，典型400μm厚的單層結構熱障涂層可使金屬基底溫度下降約230℃。利用熱障涂層優異的高溫隔熱性能可以有效降低飛行器金屬合金無涂層的外壁面(如尾噴管外壁)工作溫度，從而降低其紅外輻射強度，但熱障涂層材料本身的高溫紅外發射率比較高(＞0.4)，因此有涂層表面的高溫紅外發射率仍然較高，亟需解決內壁面涂層表面紅外發射率偏高問題。此外，由于高溫金屬合金材料(～17×10^-6/K)與熱障陶瓷涂層材料(8～11.5×10^-6/K)之間的熱膨脹系數差別太大，傳統的單層結構熱障涂層抗冷熱沖擊性能是直接影響涂層高溫服役壽命的重要因素之一。熱噴涂過程中陶瓷層中累積的殘余應力、熱循環過程中金屬基底與陶瓷材料之間熱膨脹不匹配產生的熱應力、金屬黏結層界面處熱生長氧化物(Thermally Grown Oxide，TGO)形成的生長應力、以及陶瓷表層材料長時高溫燒結引起的收縮應力等均為涂層失效的影響因素。當涂層中應力累積到一定程度時就容易引起涂層出現裂紋、分層以及脫落，從而直接影響到涂層的服役壽命與高溫功能穩定性。

因此，具有如何提供一種具有優異抗熱震性能與高溫紅外隱身性能的復合涂層是本領域科研人員需要攻克的技術難題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種具有隔熱性能、高溫低紅外發射率、抗熱震性能優異的雙層熱障/高溫低紅外發射率一體化涂層、帶涂層的金屬復合材料及其制備方法。為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：