專利名稱：一種新型梯度熱障涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱障涂層的制備方法，尤其涉及一種具有梯度抗氧化性能的新型梯度熱障涂層的制備方法，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。對(duì)于高溫防護(hù)涂層零件，氧化是導(dǎo)致零件失效的重要原因之一，其抗氧化性能的提高依賴于熱障涂層中的氧化膜，其主要成分一般是氧化鋁、氧化鎂和氧化硅。在高溫下，均勻致密的氧化膜具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，低的擴(kuò)散系數(shù)，因此，防護(hù)涂層中希望加入含量較高的鋁、鎂等元素以生成氧化膜，使基體不受氧化或降低氧化速率，延長(zhǎng)零件使用壽命?，F(xiàn)行工藝中采用固體埋包滲入法可實(shí)現(xiàn)鋁、鎂等元素的梯度滲入，以形成高質(zhì)量的氧化膜，但該種工藝實(shí)施成本高，工藝環(huán)節(jié)復(fù)雜，操作要求高，實(shí)用性欠佳。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述需求，本發(fā)明提供了一種新型梯度熱障涂層的制備方法，該涂層的粘結(jié)層中含有易于形成氧化膜的氧化物，且氧化物含量具有梯度變化，使制得的熱障涂層在具有良好耐熱性能的同時(shí)抗氧化能力突出。本發(fā)明是一種新型梯度熱障涂層的制備方法，該制備方法包括如下步驟a)制備噴涂粉料，b)基材前處理，c)噴涂粘結(jié)層，d)噴涂陶瓷層，e)涂層后處理。在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述的步驟a)中，噴涂粉料包括粘結(jié)層粉料和陶瓷層粉料；粘結(jié)層粉料中MCrAH合金的顆粒度為200-300目，可形成氧化膜的氧化物的顆粒度為300-400目；陶瓷層粉料研磨后的顆粒度為500-600目。在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述的步驟b)中，基材前處理包括噴砂處理、超聲波洗滌、去離子水清洗以及烘干處理。在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述的步驟c)中，粘結(jié)層采用等離子噴涂工藝進(jìn)行制備，采用兩根噴槍同時(shí)平行送粉的方式，噴槍移動(dòng)速度均為200-220mm/s，噴槍噴口與基材表面距離控制在80-100mm，噴涂電壓為30-40V，噴涂時(shí)間控制在20-30分鐘。在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述的第一根噴槍噴射MCrAH合金粉料，送粉氣體選用H2，流量為15-20L/min，送粉率隨粘結(jié)層厚度的增加而略微下降，由25g/min降至22g/min左右,粘結(jié)層厚度每增加O. 02mm,送粉率減少lg/min;第二根噴槍噴射氧化招粉料,送粉氣體選用Ar，流量為50-55L/min，送粉率隨粘結(jié)層厚度的增加略微升高，由15g/min升至10g/min左右,粘結(jié)層厚度每增加O. 02mm,送粉率增加I. 5g/min。在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述的步驟d)中，將研磨后的陶瓷層粉料制作成靶材，通過電子束物理氣相沉積工藝進(jìn)行陶瓷層的制備；真空室內(nèi)的真空度為O. 001-0. OOOlpa,基材轉(zhuǎn)速為10_15rpm,沉積速度為2. 5-3um/min,沉積時(shí)間為40_50min。在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述的步驟e)中，涂層后處理包括去應(yīng)力退火和打磨拋光處理；去應(yīng)力退火溫度控制在450°C以下，時(shí)間為2-3小時(shí)；打磨拋光處理可使用砂帶，拋光后的基材表面的粗糖值可達(dá)O. 06um。本發(fā)明揭示了一種新型梯度熱障涂層的制備方法，該制備方法工序安排緊湊，成分配制合理，成本適中，涂層的粘結(jié)層中含有易于形成氧化膜的氧化物，且氧化物含量具有梯度變化，使制得的熱障涂層在具有良好耐熱性能的同時(shí)抗氧化能力突出。


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)施例新型梯度熱障涂層的制備方法的工序步驟圖。
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)施例新型梯度熱障涂層的制備方法的工序步驟圖；該制備方法包括如下步驟a)制備噴涂粉料，b)基材前處理，c)噴涂粘結(jié)層，d)噴涂陶瓷層，e)涂層后處理。實(shí)施例I
本發(fā)明提及的新型梯度熱障涂層的制備方法的具體實(shí)施步驟如下
a)制備噴涂粉料，該噴涂粉料包括粘結(jié)層粉料和陶瓷層粉料；其中，粘結(jié)層粉料由MCrAlY合金與可形成氧化膜的氧化物組成，兩組份需進(jìn)行單獨(dú)制備；MCrAH合金的主要成分為Co、Cr、Al、S和Ni，研磨后MCrAH合金的顆粒度為250目；可形成氧化膜的氧化物選用氧化鋁，研磨后氧化鋁的顆粒度控制在350目；陶瓷層粉料選用氧化釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷，研磨后的顆粒度為550目；
b)基材前處理，基材前處理包括噴砂處理、超聲波洗滌、去離子水清洗以及烘干處理；噴砂選用150目的玻璃丸，壓力為O. 7MPa，表面粗糙度值為O. 6um左右；超聲波洗滌時(shí)采用丙酮作為洗滌劑，清洗時(shí)間為15分鐘，可去除基材表面的各類油污和油脂；烘箱內(nèi)的烘干溫度控制在60°C左右，時(shí)間為5分鐘；
c)噴涂粘結(jié)層，粘結(jié)層材料選用百分含量比為94%6%的MCrAH合金粉料和氧化鋁粉料，采用等離子噴涂工藝進(jìn)行制備；等離子噴涂工藝實(shí)施過程中，采用兩根噴槍同時(shí)平行送粉的方式，噴槍移動(dòng)速度均為200mm/s，噴槍噴口與基材表面距離控制在90mm，噴涂電壓為35V ;其中，一根噴槍噴射MCrAH合金粉料，送粉氣體選用H2，流量為15L/min，送粉率隨粘結(jié)層厚度的增加而略微下降，由25g/min降至22g/min左右,粘結(jié)層厚度每增加O. 02mm,送粉率減少lg/min;另一根噴槍噴射氧化鋁粉料，送粉氣體選用Ar，流量為50L/min，送粉率隨粘結(jié)層厚度的增加略微升高，由15g/min升至10g/min左右,粘結(jié)層厚度每增加O. 02mm,送粉率增加I. 5g/min ;噴涂時(shí)間控制在25分鐘，可制得的粘結(jié)層厚度約為O. 9mm ；
d)噴涂陶瓷層，將研磨后的陶瓷層粉料制作成靶材，通過電子束物理氣相沉積工藝進(jìn)行陶瓷層的制備；該工藝實(shí)施過程中，真空室內(nèi)的真空度為O. 0005pa，基材轉(zhuǎn)速為15rpm，沉積速度為3um/min,沉積時(shí)間為50min,可制得厚度為O. 15mm的陶瓷層；
e)涂層后處理，涂層后處理包括去應(yīng)力退火和打磨拋光處理；去應(yīng)力退火溫度控制在420°C，時(shí)間為2. 5小時(shí)，消除涂層間的內(nèi)應(yīng)力，提高層間結(jié)合強(qiáng)度，并可進(jìn)一步穩(wěn)定尺寸；打磨拋光處理可使用砂帶，拋光后的基材表面的粗糙值可達(dá)O. 06um。實(shí)施例2
本發(fā)明提及的新型梯度熱障涂層的制備方法的具體實(shí)施步驟如下
a)制備噴涂粉料，該噴涂粉料包括粘結(jié)層粉料和陶瓷層粉料；其中，粘結(jié)層粉料由 MCrAlY合金與可形成氧化膜的氧化物組成，兩組份需進(jìn)行單獨(dú)制備；MCrAH合金的主要成分為Co、Cr、Al、S和Ni，研磨后MCrAH合金的顆粒度為250目；可形成氧化膜的氧化物選用氧化鎂，研磨后氧化鎂的顆粒度控制在400目；陶瓷層粉料為氧化鈣穩(wěn)定氧化鋯陶瓷料，研磨后的顆粒度為600目；
b)基材前處理，基材前處理包括噴砂處理、超聲波洗滌、去離子水清洗以及烘干處理；噴砂選用150目的玻璃丸，壓力為O. 6MPa，表面粗糙度值為O. 6um左右；超聲波洗滌時(shí)采用丙酮作為洗滌劑，清洗時(shí)間為12分鐘，可去除基材表面的各類油污和油脂；烘箱內(nèi)的烘干溫度控制在60°C左右，時(shí)間為20分鐘；
c)噴涂粘結(jié)層，粘結(jié)層材料選用百分含量比為94.5% :5. 5%的MCrAH合金粉料和氧化鋁粉料，采用等離子噴涂工藝進(jìn)行制備；等離子噴涂工藝實(shí)施過程中，采用兩根噴槍同時(shí)平行送粉的方式，噴槍移動(dòng)速度均為220mm/s，噴槍噴口與基材表面距離控制在100mm，噴涂電壓為40V ;其中，一根噴槍噴射MCrAH合金粉料，送粉氣體選用H2，流量為20L/min，送粉率隨粘結(jié)層厚度的增加而略微下降，由25g/min降至22g/min左右，粘結(jié)層厚度每增加
O.02mm，送粉率減少lg/min;另一根噴槍噴射氧化鋁粉料，送粉氣體選用Ar，流量為55L/min,送粉率隨粘結(jié)層厚度的增加略微升高，由15g/min升至10g/min左右,粘結(jié)層厚度每增加O. 02mm，送粉率增加I. 5g/min ;噴涂時(shí)間控制在30分鐘，可制得的粘結(jié)層厚度約為O. Imm ；
d)噴涂陶瓷層，將研磨后的陶瓷層粉料制作成靶材，通過電子束物理氣相沉積工藝進(jìn)行陶瓷層的制備；該工藝實(shí)施過程中，真空室內(nèi)的真空度為O. 0005pa，基材轉(zhuǎn)速為12rpm，沉積速度為2. 5um/min,沉積時(shí)間為40min,可制得厚度為O. Imm的陶瓷層；
e)涂層后處理，涂層后處理包括去應(yīng)力退火和打磨拋光處理；去應(yīng)力退火溫度控制在400°C以下，時(shí)間為3小時(shí)，消除涂層間的內(nèi)應(yīng)力，提高層間結(jié)合強(qiáng)度，并可進(jìn)一步穩(wěn)定尺寸；打磨拋光處理可使用砂帶，拋光后的基材表面的粗糙值可達(dá)O. 06um。本發(fā)明揭示了一種新型梯度熱障涂層的制備方法，其特點(diǎn)是該制備方法工序安排緊湊，成分配制合理，成本適中，涂層的粘結(jié)層中含有易于形成氧化膜的氧化物，且氧化物含量具有梯度變化，使制得的熱障涂層在具有良好耐熱性能的同時(shí)抗氧化能力突出。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
1.一種新型梯度熱障涂層的制備方法，其特征在于，該制備方法包括如下步驟a)制備噴涂粉料，b)基材前處理，c)噴涂粘結(jié)層，d)噴涂陶瓷層，e)涂層后處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型梯度熱障涂層的制備方法，其特征在于，所述的步驟a)中，噴涂粉料包括粘結(jié)層粉料和陶瓷層粉料；粘結(jié)層粉料中MCrAH合金的顆粒度為200-300目，可形成氧化膜的氧化物的顆粒度為300-400目；陶瓷層粉料研磨后的顆粒度為500-600 目。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型梯度熱障涂層的制備方法，其特征在于，所述的步驟b)中，基材前處理包括噴砂處理、超聲波洗滌、去離子水清洗以及烘干處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型梯度熱障涂層的制備方法，其特征在于，所述的步驟c)中，粘結(jié)層采用等離子噴涂工藝進(jìn)行制備，采用兩根噴槍同時(shí)平行送粉的方式，噴槍移動(dòng)速度均為200-220mm/s，噴槍噴口與基材表面距離控制在80-100mm，噴涂電壓為30-40V，噴涂時(shí)間控制在20-30分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型梯度熱障涂層的制備方法，其特征在于，所述的第一根噴槍噴射MCrAH合金粉料，送粉氣體選用H2，流量為15_20L/min，送粉率隨粘結(jié)層厚度的增加而略微下降，由25g/min降至22g/min左右，粘結(jié)層厚度每增加0. 02mm,送粉率減少lg/min;第二根噴槍噴射氧化鋁粉料，送粉氣體選用Ar，流量為50_55L/min，送粉率隨粘結(jié)層厚度的增加略微升高，由15g/min升至10g/min左右,粘結(jié)層厚度每增加0. 02mm,送粉 率增加I. 5g/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型梯度熱障涂層的制備方法，其特征在于，所述的步驟d)中，將研磨后的陶瓷層粉料制作成靶材，通過電子束物理氣相沉積工藝進(jìn)行陶瓷層的制備；真空室內(nèi)的真空度為0. 001-0. OOOlpa，基材轉(zhuǎn)速為10-15rpm，沉積速度為2. 5_3um/min，沉積時(shí)間為40_50min。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型梯度熱障涂層的制備方法，其特征在于，所述的步驟e)中，涂層后處理包括去應(yīng)力退火和打磨拋光處理；去應(yīng)力退火溫度控制在450°C以下，時(shí)間為2-3小時(shí)；打磨拋光處理可使用砂帶，拋光后的基材表面的粗糙值可達(dá)0. 06um。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型梯度熱障涂層的制備方法，該制備方法包括如下步驟a)制備噴涂粉料，b)基材前處理，c)噴涂粘結(jié)層，d)噴涂陶瓷層，e)涂層后處理。本發(fā)明揭示了一種新型梯度熱障涂層的制備方法，該制備方法工序安排緊湊，成分配制合理，成本適中，涂層的粘結(jié)層中含有易于形成氧化膜的氧化物，且氧化物含量具有梯度變化，使制得的熱障涂層在具有良好耐熱性能的同時(shí)抗氧化能力突出。
文檔編號(hào)C23C28/00GK102776512SQ20121028397
公開日2012年11月14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