[發明專利]一種抗氧化粘結層及其熱障涂層的制備方法

在審

• 申請號: 202210107045.3
• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN114438432A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 劉軒溱;趙曉峰;陸杰;倪娜
• 申請（專利權）人: 上海交通大學包頭材料研究院;上海交通大學
• 主分類號: C23C4/129
• 分類號: C23C4/129;C23C4/134;C23C4/02;C23C4/18;C23C4/073;C23C4/10
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 顧艷哲

本發明涉及一種抗氧化粘結層及其熱障涂層的制備方法，包括以下步驟：(1)對金屬基體依次用丙酮、酒精進行超聲清洗，然后用Al₂O₃顆粒進行冷噴砂處理，獲得較高的表面粗糙度；(2)通過高速燃氣火焰噴涂技術在噴砂后的基體上沉積金屬粘結層；(3)通過熱噴砂對金屬粘結層表面進行處理，獲得一定的表面粗糙度和厚度；(4)通過采用大氣等離子噴涂技術在粘結層上沉積陶瓷層；(5)對制備出的熱障涂層進行真空熱處理。與現有技術相比，本發明通過高速燃氣火焰噴涂技術，在高溫合金基體上沉積NiCoCrAlYHf粘結層，制備的粘結層組織結構更均勻，具有更優良的抗氧化性，同時通過調控粘結層厚度和表面粗糙度，利用大氣等離子噴涂技術在粘結層之上制備陶瓷層。

技術領域

本發明涉及熱障涂層技術領域，具體涉及一種抗氧化粘結層及其熱障涂層的制備方法。

背景技術

熱障涂層作為一種先進材料體系，被廣泛用在高溫環境服役的高溫合金基體表面，從而降低基體材料的表面溫度。通常熱障涂層是以耐高溫、低熱導的陶瓷層作為頂層，作用是形成沿垂直于涂層與基體界面方向的溫度梯度，一方面減少表面到基體的傳熱，另一方面保護基體不受磨損和腐蝕。此外，在基體和陶瓷層界面處還有一層金屬粘結層，以減少陶瓷層與基體間的熱膨脹系數的不匹配，提高陶瓷層和基體的結合力。同時，利用粘結層在高溫環境下易形成連續致密氧化層的特點，保護基體不受高溫氧化破壞。粘結層是熱障涂層的重要組成部分，它的性能直接影響熱障涂層系統的壽命。研究表明NiCoCrAlYHf合金具有比傳統粘結層MCoAlY(M＝Ni,Co或NiCo)更優異的高溫抗氧化性，但大氣等離子噴涂制備的涂層中組織結構不均勻，且存在內氧化、氧化層抗剝落能力差等缺點，影響涂層使用壽命。

發明內容

本發明的目的就是為了克服大氣等離子噴涂過程中出現的局限，提供一種長壽命抗氧化粘結層及其熱障涂層的制備方法。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種長壽命抗氧化粘結層及其熱障涂層的制備方法，該方法采用以下步驟：

(1)首先對金屬基體依次用丙酮、酒精進行超聲清洗，然后用Al₂O₃顆粒進行冷噴砂處理，獲得較高的表面粗糙度；

(2)通過高速燃氣火焰噴涂技術(High velocity air fuel,HVAF)在噴砂后的基體上沉積金屬粘結層；

(3)通過熱噴砂對金屬粘結層表面進行處理，獲得一定的表面粗糙度和厚度；

(4)通過采用大氣等離子噴涂技術在粘結層上沉積陶瓷層；

(5)對制備出的熱障涂層進行真空熱處理。

本發明在金屬粘結層上沉積陶瓷層，采用高速燃氣火焰噴涂制備，陶瓷層采用大氣等離子噴涂制備而成。長壽命抗氧化金屬粘結層成分為NiCoCrAlYHf，Y和Hf的質量分數分別為0.05-0.1％和0.1-0.2％，陶瓷層為6～8wt％Y₂O₃穩定的ZrO₂，以及RE₂Zr₂O₇，RE為稀土元素Y和La的一種。

本發明利用高速燃氣火焰噴涂技術，通過降低噴涂時火焰溫度，減少粘結層中的內氧化，同時利用其比大氣等離子噴涂更快的速度，使粉末熔滴撞擊在基體上，制備出成分均勻、更致密、與基體結合更強的粘結層，將具有比傳統熱障涂層良好的抗氧化性、更高的工作溫度及更長的使用壽命。

優選地，步驟(1)中冷噴砂處理時，噴砂壓力為0.5～0.8MPa，噴砂顆粒成分為Al₂O₃，顆粒粒徑為60～100目，表面粗糙度Ra為10～20μm。