[發(fā)明專利]一種抗CMAS涂層及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210356856.7
• 申請日: 2022-04-01
• 公開（公告）號: CN114686840A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李樹索;曲衛(wèi)衛(wèi);裴延玲;宮聲凱
• 申請（專利權(quán)）人: 北航(四川)西部國際創(chuàng)新港科技有限公司
• 主分類號: C23C14/58
• 分類號: C23C14/58;C23C14/08;C23C24/10;C23C28/04;F01D5/28
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 李博

本發(fā)明提供了一種抗CMAS涂層及其制備方法，屬于熱障涂層腐蝕與防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以YSZ涂層作為基底層材料能夠有阻止CMAS滲透；本發(fā)明對YSZ涂層進(jìn)行表面激光重熔，能夠降低YSZ涂層表面的粗糙度，以增加Al₂O₃在YSZ涂層表面的附著力；本發(fā)明在基底層表面涂覆Al₂O₃，通過熱處理將Al₂O₃轉(zhuǎn)化為α?Al₂O₃形成陶瓷層，其能夠在高溫下與CMAS反應(yīng)生成高熔點(diǎn)鈣長石相，以阻止CMAS滲透，實(shí)現(xiàn)抗CMAS的效果；本發(fā)明通過對陶瓷層進(jìn)行表面激光重熔能夠進(jìn)一步提高陶瓷層與基底層之間的結(jié)合力，防止涂層受腐蝕剝落，進(jìn)而使制備的涂層具有優(yōu)異的抗CMAS效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及熱障涂層腐蝕與防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種抗CMAS涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

熱障涂層(Thermal Barrier Coatings，TBC)是先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)熱端部件的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)之一。隨著發(fā)動機(jī)服役溫度不斷提高，一種環(huán)境沉積物CMAS對葉片的危害受到廣泛關(guān)注。CMAS的主要成分為CaO、MgO、Al₂O₃和SiO₂，還含有少量的Fe、Na、K的氧化物，隨地區(qū)變化其成分會發(fā)生部分改變。這些氧化物在高溫下會反應(yīng)生成低熔點(diǎn)的共晶物(熔點(diǎn)在1230℃左右)。當(dāng)超過CMAS熔點(diǎn)之后，熔融的CMAS會形成玻璃態(tài)物質(zhì)，對高溫服役的葉片帶來巨大的損傷，導(dǎo)致其壽命驟減。尤其是對EB-PVD制備的YSZ涂層而言，其柱狀晶形貌為CMAS滲透提供了通道，加速了涂層的失效。

目前，CMAS的防護(hù)方法常用是制備抗CMAS防護(hù)涂層，主要方法有：(1)表面封孔技術(shù)；(2)在表面制備不可滲透涂層或犧牲性涂層來阻擋CMAS的滲入；(3)新型陶瓷層材料，如：稀土鋯酸鹽陶瓷層。上述三個方面在國內(nèi)外都有大量的專利申請，其本質(zhì)都是在陶瓷層表面形成一層致密的保護(hù)層，使熔融的CMAS無法滲透通過來抵抗CMAS的腐蝕。但不論如何設(shè)計(jì)，該致密層的熱膨脹系數(shù)必然和底層的陶瓷層不一致，尤其是對EB-PVD制備的YSZ涂層而言，其柱狀晶形貌為CMAS滲透提供通道，在高溫?zé)嵫h(huán)條件下，致密層更容易產(chǎn)生裂紋和失效。因此，上述的CMAS防護(hù)技術(shù)并沒有在實(shí)際生產(chǎn)中得到大規(guī)模應(yīng)用。因此，亟需提供一種新的抗CMAS涂層及其方法，以實(shí)現(xiàn)抗CMAS的效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有優(yōu)異的抗CMAS效果的抗CMAS涂層及其制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種抗CMAS涂層的制備方法，包括以下步驟：

(1)對YSZ涂層進(jìn)行表面激光重熔，得到基底層；

(2)在所述步驟(1)得到的基底層表面涂覆Al₂O₃后進(jìn)行熱處理，得到陶瓷層；

(3)對所述步驟(2)得到的陶瓷層進(jìn)行表面激光重熔，得到抗CMAS涂層。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中的YSZ涂層包括7～8wt.％Y₂O₃穩(wěn)定的ZrO₂。

優(yōu)選地，所述步驟(1)和步驟(3)中的表面激光重熔的激光功率獨(dú)立地為8～22W。

優(yōu)選地，所述步驟(1)和步驟(3)中的表面激光重熔的掃描速度獨(dú)立地為15～400mm/min。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中的涂覆包括浸漬提拉法、噴槍噴涂或旋涂。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中的Al₂O₃的涂覆量為0.005～0.01g/cm²。