一種耐高溫抗燒結熱障涂層及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及陶瓷材料加工技術領域，具體涉及一種耐高溫抗燒結熱障涂層及其制作方法。
【背景技術】
[0002]隨著航空燃氣輪機向高流量比、高推重比、高進氣口溫度方向發(fā)展，燃燒室中的工作溫度已經遠遠超過了 Ni基高溫合金的使用溫度極限。在高溫合金基體表面制備熱障涂層，對提高基體承溫能力有非常直接的效果，從而有效提高零件的工作溫度，延長使用壽命O
[0003]熱障涂層通是一種利用導熱系數相對低的材料，用合適的技術涂覆于高溫合金基體表面從而起到隔熱作用的功能涂層。典型的熱障涂層由高溫合金基體、金屬粘結層和頂部隔熱陶瓷涂層組成。其中，高溫合金基體主要承受機械載荷；粘結層主要起改善基體與陶瓷涂層物理相容性和抗氧化腐蝕的作用；頂部陶瓷層主要作用是隔絕熱量并產生溫度梯度，其微觀組織結構對熱障涂層的隔熱性能和使用壽命起關鍵作用。但當熱障涂層應用于日益增高的工作溫度時，將面臨更苛刻的工作環(huán)境，現有技術制得的熱障涂層存在易發(fā)生相變、抗氧化性低、強度小、高溫穩(wěn)定性差、易產生高溫腐蝕等缺陷，難以滿足渦輪進口溫度進一步提高的需要。因此，尋找更好的隔熱性能以及在高溫條件下穩(wěn)定性佳、抗高溫腐蝕性優(yōu)的新型熱障涂層材料成為近年來熱障涂層領域研究的熱點。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的就是提供一種耐高溫抗燒結熱障涂層及其制作方法，以克服現有技術的不足。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現的:
一種耐高溫抗燒結熱障涂層，其特征在于，由下列重量份的原料制成:氧化鈰30-33、二氧化鋯20-22、氧化釔23-25、碳粉5-7、納米碳化硅0.6-0.8、納米硼纖維2.1-2.4,NiCoCrAlYTa合金粉55-58、氮化鋁4_6、硅藻土 15-17、巴西棕櫚蠟6_8、硅烷偶聯劑KH560
3-5。
[0006]所述的一種耐高溫抗燒結熱障涂層的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
(1)將納米碳化硅、NiCoCrAlYTa合金粉于670_760°C高溫處理30-50分鐘，迅速冷卻至室溫，加入氮化鋁超聲波研磨20-40分鐘，加熱至熔融，攪拌5-8h，真空氣氛下冷凝成型，研磨成粉制得改性金屬粘結層；
(2)將碳粉、納米硼纖維加入到球磨機中研磨10-20分鐘，噴入硅烷偶聯劑KH560拌勻，加入巴西棕櫚蠟，常溫下進行球磨、混合、打散制得改性碳粉；
(3)將改性碳粉、氧化鈰、二氧化鋯、氧化釔經1543-1640°C高溫煅燒2_4小時，冷卻加入其它剩余成分研磨至200-300目，制得改性陶瓷粉；
(4)將高溫合金基體經過超聲除油、噴砂前處理后，通過電熱爆炸噴涂法將步驟(I)物料均勻噴涂在在高溫合金基體上；
(5)最后通過大氣等離子噴涂方法，采用500A的噴涂電流將步驟(3)制得改性陶瓷粉沉積在金屬粘結層上。
[0007]本發(fā)明有以下有益效果:本發(fā)明制得的熱障涂層和傳統的熱障涂層相比較，添加碳粉經高溫煅燒改性后可提高陶瓷相的孔隙率，且在噴涂過程中部分粒子在等離子射流中熔化不充分，在撞擊基體時變形程度稍弱，易形成搭接在一起的多孔結構，使涂層的隔熱性能明顯提高，其次本發(fā)明通過改性方法，二氧化鋯晶格中Y3+、Ce4+取代Zr4+，產生了氧空位和局部的應力場，增加了晶格中的聲子散射，熱導率明顯降低，而且固溶原子Ce的原子量遠遠大于Y的原子量，可顯著提高本發(fā)明產品中的聲子的散射強度，從而降低了熱導率，本發(fā)明制備工藝簡單，所制備的涂層孔隙率高、表面硬度高、韌性好不易開裂，具有耐高溫抗燒結、隔熱性佳、合成溫度相對較低等優(yōu)點。
【具體實施方式】
[0008]所述的一種耐高溫抗燒結熱障涂層，其特征在于，由下列重量份的原料制成:氧化鈰32、二氧化鋯21、氧化釔23、碳粉5、納米碳化硅0.6、納米硼纖維2.UNiCoCrAlYTa合金粉55、氮化鋁6、硅藻土 15、巴西棕櫚蠟8、硅烷偶聯劑KH560 3。
[0009]制作方法包括以下步驟:
(1)將納米碳化硅、NiCoCrAlYTa合金粉于670_760°C高溫處理30-50分鐘，迅速冷卻至室溫，加入氮化鋁超聲波研磨20-40分鐘，加熱至熔融，攪拌5-8h，真空氣氛下冷凝成型，研磨成粉制得改性金屬粘結層；
(2)將碳粉、納米硼纖維加入到球磨機中研磨10-20分鐘，噴入硅烷偶聯劑KH560拌勻，加入巴西棕櫚蠟，常溫下進行球磨、混合、打散制得改性碳粉；
(3)將改性碳粉、氧化鈰、二氧化鋯、氧化釔經1543-1640°C高溫煅燒2_4小時，冷卻加入其它剩余成分研磨至200-300目，制得改性陶瓷粉；
(4)將高溫合金基體經過超聲除油、噴砂前處理后，通過電熱爆炸噴涂法將步驟(I)物料均勻噴涂在在高溫合金基體上；
(5)最后通過大氣等離子噴涂方法，采用500A的噴涂電流將步驟(3)制得改性陶瓷粉沉積在金屬粘結層上。
[0010]使用本發(fā)明生產的熱障涂層的技術參數指標如下:
(1)涂層孔隙率:17.9%;
(2)經金相顯微鏡測得涂層截面有較多的閉合孔隙和垂直微裂紋；
(3)通過測量涂層表面和樣品背面的溫度差計算涂層的隔熱性能，提高幅度最高達到了約 50.1%。
【主權項】
1.一種耐高溫抗燒結熱障涂層，其特征在于，由下列重量份的原料制成:氧化鈰30-33、二氧化鋯20-22、氧化釔23-25、碳粉5-7、納米碳化硅0.6-0.8、納米硼纖維2.1-2.4、NiCoCrAlYTa合金粉55-58、氮化鋁4_6、硅藻土 15-17、巴西棕櫚蠟6_8、硅烷偶聯劑KH5603-5。2.根據權利要求1所述的一種耐高溫抗燒結熱障涂層的制作方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將納米碳化硅、NiCoCrAlYTa合金粉于670_760°C高溫處理30-50分鐘，迅速冷卻至室溫，加入氮化鋁超聲波研磨20-40分鐘，加熱至熔融，攪拌5-8h，真空氣氛下冷凝成型，研磨成粉制得改性金屬粘結層； (2)將碳粉、納米硼纖維加入到球磨機中研磨10-20分鐘，噴入硅烷偶聯劑KH560拌勻，加入巴西棕櫚蠟，常溫下進行球磨、混合、打散制得改性碳粉； (3)將改性碳粉、氧化鈰、二氧化鋯、氧化釔經1543-1640°C高溫煅燒2_4小時，冷卻加入其它剩余成分研磨至200-300目，制得改性陶瓷粉； (4)將高溫合金基體經過超聲除油、噴砂前處理后，通過電熱爆炸噴涂法將步驟(I)物料均勻噴涂在在高溫合金基體上； (5)最后通過大氣等離子噴涂方法，采用500A的噴涂電流將步驟(3)制得改性陶瓷粉沉積在金屬粘結層上。3.根據權利要求2所述的一種耐高溫抗燒結熱障涂層的制作方法，其特征在于，所述的金屬粘結層涂覆厚度為100 μ m，陶瓷層涂覆厚度為300 μ m。4.根據權利要求2所述的一種耐高溫抗燒結熱障涂層的制作方法，其特征在于，所述的高溫合金基體為K4169高溫合金。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種耐高溫抗燒結熱障涂層，和傳統的熱障涂層相比較，添加碳粉經高溫煅燒改性后可提高陶瓷相的孔隙率，且在噴涂過程中部分粒子在等離子射流中熔化不充分，在撞擊基體時變形程度稍弱，易形成搭接在一起的多孔結構，使涂層的隔熱性能明顯提高，其次本發(fā)明通過改性方法，二氧化鋯晶格中Y3+、Ce4+取代Zr4+，產生了氧空位和局部的應力場，增加了晶格中的聲子散射，熱導率明顯降低，而且固溶原子Ce的原子量遠遠大于Ｙ的原子量，可顯著提高本發(fā)明產品中的聲子的散射強度，從而降低了熱導率，本發(fā)明制備工藝簡單，所制備的涂層孔隙率高、表面硬度高、韌性好不易開裂，具有耐高溫抗燒結、隔熱性佳、合成溫度相對較低等優(yōu)點。
【IPC分類】C23C4/12, C23C4/06, C23C4/10
【公開號】CN105112841
【申請?zhí)枴緾N201510495073
【發(fā)明人】陳玉峰, 陳坦和, 陳旭東, 陳明祥
【申請人】馬鞍山藍科再制造技術有限公司
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年8月13日