[發明專利]一種抗CMAS侵蝕的熱障涂層材料及其制備工藝

在審

• 申請號: 202011168305.5
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN114507839A
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 賀剛;鄧書香;楊增朝;李江濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C14/22;C23C14/30;C23C4/073;C23C4/10;C23C4/11;C23C4/137;C23C14/16;C23C14/08;C23C14/06;C23C28/00
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 趙曉丹

1.一種抗CMAS侵蝕的熱障涂層材料，其特征在于，在超合金基板上，由下到上依次包括以下組成：粘結層(1)、YSZ陶瓷涂層(2)、自損涂層(3)；所述自損涂層厚度為30-80μm，孔隙率為15％-20％，由Si₂N₂O顆粒構成，顆粒粒徑范圍在1.2-10μm之間；所述熱障涂層材料總厚度在140-260μm之間。

2.根據權利要求1所述的熱障涂層材料，其特征在于，所述YSZ陶瓷涂層厚度為50-120μm；其中YSZ陶瓷由ZrO₂+6-8wt％Y₂O₃組成。

3.根據權利要求1或2所述的熱障涂層材料，其特征在于，所述粘結層為MCrAlY層，其中M選擇Fe、Co、Ni中的至少一種，Y選自稀土元素；所述粘結層厚度為30-100μm。

4.根據權利要求1-3任一項所述的熱障涂層材料，其特征在于，所述Si₂N₂O顆粒包括第一Si₂N₂O顆粒、第二Si₂N₂O顆粒以及第三Si₂N₂O顆粒，所述第一Si₂N₂O顆粒粒徑為1.2-2.5μm范圍；所述第二Si₂N₂O顆粒為3.5-5.5μm范圍；第三Si₂N₂O顆粒粒徑為8-10μm范圍；其中第一Si₂N₂O顆粒、第二Si₂N₂O顆粒以及第三Si₂N₂O顆粒數量比為2:1:1。

5.根據權利要求1所述的熱障涂層材料，其特征在于，所述Si₂N₂O顆粒為片層狀。

6.根據權利要求1所述的一種抗CMAS侵蝕的熱障涂層材料的制備工藝，其特征在于，主要包括以下步驟：

(1)提供超合金基板：選取超合金基板，對超合金基板表面進行表面預處理；

(2)預制粘結層：采用等離子噴涂物理氣相沉積ps-pvd或者電子束物理氣相沉積eb-pvd在超合金基板表面預制一層粘結層；

(3)粘結層熱處理及吹砂處理：將帶有粘結層的超合金基板在1000-1100℃下預氧化2小時；之后進行吹砂處理；

(4)制備YSZ陶瓷層：采用等離子噴涂物理氣相沉積ps-pvd或電子束物理氣相沉積eb-pvd在粘結層表面制備YSZ陶瓷涂層；

(5)等離子噴涂物理氣相沉積法制備自損涂層：將粒徑分別為1.2-2.5μm、3.5-5.5μm、8-10μm的三種Si₂N₂O粉末以摩爾比2:1:1的比例混合均勻；使用PS-PVD工藝在YSZ陶瓷涂層表面噴涂自損涂層，厚度為30-80μm。

7.根據權利要求6所述的制備工藝，其特征在于，所述步驟(1)中預處理包括粗化處理、表面清潔處理以及拋光處理；所述粗化處理優選采用46#棕剛玉砂進行噴砂處理，噴砂氣壓為0.3-0.5MPa，噴砂距離為150-200mm，之后用毛刷將殘余砂礫清掃干凈；所述表面清潔處理優選采用酒精對表面進行超聲清洗，清洗后用壓縮空氣吹干；所述拋光處理優選對基體進行打磨拋光處理，使表面粗糙度≤3μm。

8.根據權利要求6所述的制備工藝，其特征在于，步驟(3)中吹砂處理優選采用46#棕剛玉砂進行噴砂處理，噴砂氣壓為0.2-0.25MPa，噴砂距離為150-200mm，之后用毛刷將殘余砂礫清掃干凈。