[發明專利]一種鈦合金復合材料表面高溫抗氧化稀土硅酸鹽熱障涂層的制備方法

在審

• 申請號: 202110228085.9
• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN113025945A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 鄒兵林;黃湃;蔡曉龍;張永秋;王盈
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/11;C01B33/20
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 周蕾

本發明涉及一種鈦合金復合材料表面高溫抗氧化稀土硅酸鹽熱障涂層的制備方法，屬于金屬材料表面改性技術領域。解決現有技術中鈦合金熱障涂層由于涂層與基體的熱膨脹不匹配和界面處易形成熱生長氧化物，導致熱障涂層與基體的結合穩定性差，TBC易脫落，熱震壽命不高的技術問題。本發明的制備方法采用新型稀土硅酸鹽(如Y_xYb_2?xSiO₅)作為熱障涂層材料，所用的原料稀土硅酸鹽的熱膨脹系數與鈦合金基底具有很好的匹配性，且具有高抗氧化性，低氧氣滲透率，熱膨脹系數介于NiCoCrAlY和鈦合金之間。本發明制備的陶瓷層熱障涂層具有良好的高溫熱穩定性、低熱導率、良好的抗氧化能力，適合用作鈦合金熱端構件的高溫熱防護熱障涂層。

技術領域

本發明屬于金屬材料表面改性技術領域，具體涉及一種鈦合金復合材料表面高溫抗氧化稀土硅酸鹽熱障涂層的制備方法。

背景技術

鈦合金材料具有高強度、高硬度、高熱導率和低密度等優點，是航空、航天、武器裝備熱端構件上最有應用前景的候選材料之一。然而，鈦合金材料在高溫氧化環境中容易氧化，大大限制了其在高溫氧化環境中的應用。在鈦合金表面制備抗氧化涂層能夠有效地提高其高溫抗氧化性能。

從鈦合金合金化技術到合金表面涂層技術都沒有明顯提高鈦合金的服役溫度，熱障涂層是目前較先進的高溫熱防護技術，應用于鈦合金表面可以阻止鈦合金表面高溫氧化及氮、氧元素向鈦合金內部擴散，增強鈦合金抗氧化性能，從而顯著提高鈦合金服役溫度并長效保持基體組織結構穩定，文獻報道[Journal ofThermal Spray Technology,2011,20(4):948-957]在鈦合金表面采用大氣等離子噴涂(Atmospheric plasma spraying,APS)技術制備了YSZ/NiCoCrAlY熱障涂層，但是由于YSZ/NiCoCrAlY涂層與鈦合金基體的熱膨脹不匹配，導致涂層與鈦合金基體的界面穩定性欠佳，涂層仍然容易脫落，其熱震壽命有待進一步提高。

發明內容

本發明要解決現有技術中YSZ/MCrAlY(M＝Ni,Co)熱障涂層由于涂層與基體的熱膨脹不匹配和界面處易形成熱生長氧化物(TGO)，導致熱障涂層與基體的結合穩定性差，TBC易脫落，熱震壽命不高的技術問題，提供一種鈦合金復合材料表面高溫抗氧化稀土硅酸鹽熱障涂層的制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案具體如下：

本發明提供一種鈦合金復合材料表面高溫抗氧化稀土硅酸鹽熱障涂層的制備方法，包括以下步驟：在鈦合金基體上噴涂稀土硅酸鹽粉末，制備得到鈦合金復合材料表面高溫抗氧化稀土硅酸鹽熱障涂層。

在上述技術方案中，優選的是：所述稀土硅酸鹽粉末的化學式為Y_xYb_2-xSiO₅，其中x為0-0.6。

在上述技術方案中，進一步優選的是：x為0、0.2、0.4或者0.6。

在上述技術方案中，優選的是：所述制備方法的一種具體實施方式為：包括以下步驟：

步驟一：制備稀土硅酸鹽粉末；

步驟二：將步驟一得到的稀土硅酸鹽粉末與去離子水、檸檬酸銨、阿拉伯膠混合，得到稀土硅酸鹽漿料；將稀土硅酸鹽漿料進行球磨、過篩和造粒，得到稀土硅酸鹽噴涂粉末；

步驟三：將鈦合金基體進行預處理，得到預處理后的鈦合金基體；

步驟四：采用APS技術制備涂層

將步驟二得到的稀土硅酸鹽噴涂粉末放入等離子噴涂送粉器中，在步驟三得到的預處理后的鈦合金基體上噴涂稀土硅酸鹽陶瓷層，得到鈦合金復合材料表面高溫抗氧化稀土硅酸鹽熱障涂層。