專利名稱：一種新型熱障涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱障涂層，尤其涉及一種性能具有梯度變化的新型熱障涂層，屬于金屬涂層技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)向高流量比、高推重比和高渦輪進(jìn)口溫度方向的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的燃?xì)鉁囟群腿細(xì)鈮毫Σ粩嗵岣?。?dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比達(dá)到20時(shí)，燃?xì)馊肟跍囟葘⒊^2000°C，這個(gè)溫度已經(jīng)超出制造渦輪葉片和導(dǎo)向葉片的鎳基高溫合金所能承受的溫度，即使采用金屬間化合物材料及利用定向凝固技術(shù)也 難以承受。采用壓縮空氣對(duì)葉片的冷卻效果有限，而且冷卻技術(shù)在降低葉片溫度的同時(shí)，不可避免地?fù)p失很大一部分熱量，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。在這種情況下，抗擊發(fā)動(dòng)機(jī)葉片高溫的另一種有效途徑——熱障涂層也就應(yīng)運(yùn)而生，成為近年來國(guó)際高溫涂層領(lǐng)域最活躍的研究課題之一。熱障涂層主要由金屬粘結(jié)層和陶瓷層組成，雙層結(jié)構(gòu)制備工藝簡(jiǎn)單、隔熱能力強(qiáng)，是目前實(shí)際應(yīng)用最多的形式；但是，雙層結(jié)構(gòu)中金屬粘結(jié)層與陶瓷層的界面明顯，熱膨脹系數(shù)在界面躍變較大，在熱載荷的作用下，在涂層內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較大應(yīng)力，使涂層的抗熱震性能難以提高；而現(xiàn)行的多層或梯度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的熱障涂層，具有理想涂層設(shè)計(jì)的高溫性能，抗熱震性能優(yōu)于雙層涂層，但制備技術(shù)較復(fù)雜，成本較高，還仍有待進(jìn)一步改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述需求，本發(fā)明提供了一種新型熱障涂層，該涂層采用金屬粘結(jié)層與陶瓷層相間的結(jié)構(gòu)形式，使材料內(nèi)部的熱脹系數(shù)趨于平緩，有效降低了涂層中內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生，使涂層的抗熱震性能更加優(yōu)良，且制備工藝簡(jiǎn)便，成本適中。本發(fā)明是一種新型熱障涂層，該熱障涂層為一性能具有梯度變化的復(fù)合涂層，所述的復(fù)合涂層的厚度和成分配比由外向內(nèi)變化，所述的熱障涂層主要包括金屬粘結(jié)層和陶瓷層，所述的金屬粘結(jié)層和陶瓷層采用相間的層疊結(jié)構(gòu)成型于基材表面，所述的陶瓷層的厚度由外向內(nèi)遞減，所述的金屬粘結(jié)層的成分配比由外向內(nèi)變化。在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述的陶瓷層的材料可以是氧化釔穩(wěn)定氧化鋯、氧化鈣穩(wěn)定氧化鋯或是氧化鎂穩(wěn)定氧化鋯材陶瓷料中的一種。在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述的陶瓷層的厚度為O. 06-0. 15mm，其厚度由外向內(nèi)逐級(jí)遞減率為15%-20%。在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述的金屬粘結(jié)層為MCrAH系列的合金材料，其主要成分及百分配比為Co 10%-40%、Cr 15%-40%、A1 5%_20%、Y O. 1%_1% 和 S 0-1. 2%%，其余為Ni。在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述的金屬粘結(jié)層的材料中Cr的含量由外向內(nèi)遞增，Al的含量由外向內(nèi)遞減。在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述的Cr的含量由外層向內(nèi)層逐級(jí)遞增3%_4%，Al的含量由外層向內(nèi)層逐級(jí)遞減1%-1. 5%。在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述的陶瓷層和金屬粘結(jié)層的總層數(shù)為4-8層，總厚度為 O. 1-0. 24mm。本發(fā)明揭示了一種新型熱障涂層，該涂層中的金屬粘結(jié)層與陶瓷層采用多層相間的結(jié)構(gòu)形式，涂層的厚度和成分配置更加合理，使涂層內(nèi)部的熱脹系數(shù)趨于平緩，涂層具有更加優(yōu)良的抗熱震性能和抗氧化能力；同時(shí)，涂層的制備過程實(shí)施簡(jiǎn)便，涂層性能易于控制，成本適中，實(shí)用性能優(yōu)良。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明
圖I是本發(fā)明實(shí)施例新型熱障涂層的結(jié)構(gòu)示意 附圖中各部件的標(biāo)記如下I、金屬粘結(jié)層，2、陶瓷層，3、基材。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。圖I是本發(fā)明實(shí)施例新型熱障涂層的結(jié)構(gòu)示意圖；該熱障涂層為一性能具有梯度變化的復(fù)合涂層，所述的復(fù)合涂層的厚度和成分配比由外向內(nèi)變化，所述的熱障涂層主要包括金屬粘結(jié)層I和陶瓷層2，所述的金屬粘結(jié)層I和陶瓷層2采用相間的層疊結(jié)構(gòu)成型于基材3表面，所述的陶瓷層2的厚度由外向內(nèi)遞減，所述的金屬粘結(jié)層I的成分配比由外向內(nèi)變化。本發(fā)明中提及的新型熱障涂層的陶瓷層2的材料可以是氧化釔穩(wěn)定氧化鋯、氧化鈣穩(wěn)定氧化鋯或是氧化鎂穩(wěn)定氧化鋯材陶瓷料中的一種；陶瓷層2采用真空等離子噴涂工藝進(jìn)行制備，制得的陶瓷層厚度約為O. 06-0. 15mm，其厚度由外向內(nèi)逐級(jí)遞減率為15%-20%。金屬粘結(jié)層I為MCrAH系列的合金材料，其主要成分及百分配比為Co 10%_40%、Cr 15%-40%、A1 5%_20%、Y O. 1%_1%和S 0-1. 2%%，其余為Ni ;金屬粘結(jié)層I的材料中Cr的含量由外向內(nèi)遞增，Al的含量由外向內(nèi)遞減；Cr的含量由外層向內(nèi)層逐級(jí)遞增3%-4%，Α1的含量由外層向內(nèi)層逐級(jí)遞減1%_1. 5% ;該成分變化，有利于提高涂層間的抗熱震性能，改善層間的抗氧化能力，使涂層性能產(chǎn)生梯度變化；陶瓷層I采用電子束物理氣相沉積工藝進(jìn)行制備，制得陶瓷層I和金屬粘結(jié)層2的總層數(shù)為4-8層，總厚度為O. 1-0. 24mm。在陶瓷層I上制備金屬粘結(jié)層2之前，需要對(duì)陶瓷層I進(jìn)行噴砂處理，以提高兩涂層之間的結(jié)合強(qiáng)度；熱障涂層制備完畢后，還需進(jìn)行一定的退火處理，進(jìn)一步改善層間的應(yīng)力大小，提高金屬粘結(jié)層2的綜合力學(xué)性能。本發(fā)明揭示了一種新型熱障涂層，其特點(diǎn)是該涂層中的金屬粘結(jié)層與陶瓷層采用多層相間的結(jié)構(gòu)形式，涂層的厚度和成分配置更加合理，使涂層內(nèi)部的熱脹系數(shù)趨于平緩，涂層具有更加優(yōu)良的抗熱震性能和抗氧化能力；同時(shí)，涂層的制備過程實(shí)施簡(jiǎn)便，涂層性能易于控制，成本適中，實(shí)用性能優(yōu)良。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動(dòng)想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本 發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.ー種新型熱障涂層，該熱障涂層為一性能具有梯度變化的復(fù)合涂層，其特征在于，所述的復(fù)合涂層的厚度和成分配比由外向內(nèi)變化，所述的熱障涂層主要包括金屬粘結(jié)層和陶瓷層，所述的金屬粘結(jié)層和陶瓷層采用相間的層疊結(jié)構(gòu)成型于基材表面，所述的陶瓷層的厚度由外向內(nèi)遞減，所述的金屬粘結(jié)層的成分配比由外向內(nèi)變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型熱障涂層，其特征在于，所述的陶瓷層的材料可以是氧化釔穩(wěn)定氧化鋯、氧化鈣穩(wěn)定氧化鋯或是氧化鎂穩(wěn)定氧化鋯材陶瓷料中的ー種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型熱障涂層，其特征在于，所述的陶瓷層的厚度為·0.06-0. 15mm，其厚度由外向內(nèi)逐級(jí)遞減率為15%_20%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型熱障涂層，其特征在于，所述的金屬粘結(jié)層為MCrAlY系列的合金材料，其主要成分及百分配比為Co 10%-40%、Cr 15%-40%、A1 5%_20%、Y 0. 1%-1%和S 0-1. 2%%，其余為Ni。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型熱障涂層，其特征在于，所述的金屬粘結(jié)層的材料中Cr的含量由外向內(nèi)遞增，Al的含量由外向內(nèi)遞減。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型熱障涂層，其特征在于，所述的Cr的含量由外層向內(nèi)層逐級(jí)遞增3%-4%，Al的含量由外層向內(nèi)層逐級(jí)遞減1%_1. 5%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6所述的新型熱障涂層，其特征在于，所述的陶瓷層和金屬粘結(jié)層的總層數(shù)為4-8層，總厚度為0. 1-0. 24mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型熱障涂層，該熱障涂層為一性能具有梯度變化的復(fù)合涂層，所述的復(fù)合涂層的厚度和成分配比由外向內(nèi)變化，所述的熱障涂層主要包括金屬粘結(jié)層和陶瓷層，所述的金屬粘結(jié)層和陶瓷層采用相間的層疊結(jié)構(gòu)成型于基材表面，所述的陶瓷層的厚度由外向內(nèi)遞減，所述的金屬粘結(jié)層的成分配比由外向內(nèi)變化。本發(fā)明揭示了一種新型熱障涂層，該涂層中的金屬粘結(jié)層與陶瓷層采用多層相間的結(jié)構(gòu)形式，涂層的厚度和成分配置更加合理，使涂層內(nèi)部的熱脹系數(shù)趨于平緩，涂層具有更加優(yōu)良的抗熱震性能和抗氧化能力；同時(shí)，涂層的制備過程實(shí)施簡(jiǎn)便，涂層性能易于控制，成本適中，實(shí)用性能優(yōu)良。
文檔編號(hào)C23C4/04GK102766837SQ20121028364
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月10日
發(fā)明者蔣澤鋒 申請(qǐng)人:昆山喬銳金屬制品有限公司