一種隔熱耐氧化熱障涂層及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陶瓷材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種隔熱耐氧化熱障涂層及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空燃?xì)廨啓C(jī)向高流量比、高推重比、高進(jìn)氣口溫度方向發(fā)展，燃燒室中的工作溫度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)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(duì)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(zhǎng)使用壽命O
[0003]熱障涂層通是一種利用導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)低的材料，用合適的技術(shù)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(jié)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(jī)械載荷；粘結(jié)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(chǎn)生溫度梯度，其微觀組織結(jié)構(gòu)對(duì)熱障涂層的隔熱性能和使用壽命起關(guān)鍵作用。但當(dāng)熱障涂層應(yīng)用于日益增高的工作溫度時(shí)，將面臨更苛刻的工作環(huán)境，現(xiàn)有技術(shù)制得的熱障涂層存在易發(fā)生相變、抗氧化性低、強(qiáng)度小、高溫穩(wěn)定性差、易產(chǎn)生高溫腐蝕等缺陷，難以滿足渦輪進(jìn)口溫度進(jìn)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(lái)熱障涂層領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是提供一種隔熱耐氧化熱障涂層及其制作方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種隔熱耐氧化熱障涂層，其特征在于，由下列重量份的原料制成:氧化鈰29-32、二氧化鋯25-27、氧化釔34-37、碳粉6-9、納米碳化硅1.1-1.4、硫酸鈷l_3、NiCoCrAlYTa合金粉70-80、活性炭10-12、苯并三唑2.3-2.6、凹凸棒土 20-23、磺基丁二酸鈉二辛酯3_4、適量水。
[0006]所述的一種隔熱耐氧化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675_765°C高溫處理30-50分鐘，迅速冷卻至室溫，加入硫酸鈷超聲波研磨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(jié)層；
(2)將碳粉、活性炭加入到球磨機(jī)中研磨20-30分鐘，加入苯并三唑、磺基丁二酸鈉二辛酯及適量水加熱球磨、混合、打散、烘干制得改性碳粉；
(3)將改性碳粉、氧化鈰、二氧化鋯、氧化釔經(jīng)1520-1640°C高溫煅燒2_4小時(shí)，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(jīng)過(guò)超聲除油、噴砂前處理后，通過(guò)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(guò)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(jié)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(tǒng)的熱障涂層相比較，添加碳粉經(jīng)高溫煅燒改性后可提高陶瓷相的孔隙率，且在噴涂過(guò)程中部分粒子在等離子射流中熔化不充分，在撞擊基體時(shí)變形程度稍弱，易形成搭接在一起的多孔結(jié)構(gòu)，使涂層的隔熱性能明顯提高，其次本發(fā)明通過(guò)改性方法，二氧化鋯晶格中Y3+、Ce4+取代Zr4+，產(chǎn)生了氧空位和局部的應(yīng)力場(chǎng)，增加了晶格中的聲子散射，熱導(dǎo)率明顯降低，而且固溶原子Ce的原子量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Y的原子量，可顯著提高本發(fā)明產(chǎn)品中的聲子的散射強(qiáng)度，從而降低了熱導(dǎo)率，本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，所制備的涂層表面硬度高、吸水率低、韌性好不易開(kāi)裂、界面結(jié)合力好、組織成分均勻，在高溫使用環(huán)境中具有穩(wěn)定的耐氧化性能及較長(zhǎng)的涂層使用壽命。
【具體實(shí)施方式】
[0008]所述的一種隔熱耐氧化熱障涂層，其特征在于，由下列重量份的原料制成:氧化鈰31、二氧化鋯25、氧化釔36、碳粉9、納米碳化硅1.1、硫酸鈷1、NiCoCrAlYTa合金粉75、活性炭11、苯并三唑2.6、凹凸棒土 20、磺基丁二酸鈉二辛酯3、適量水。
[0009]制作方法包括以下步驟:
(1)將納米碳化硅、NiCoCrAlYTa合金粉于675_765°C高溫處理30-50分鐘，迅速冷卻至室溫，加入硫酸鈷超聲波研磨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(jié)層；
(2)將碳粉、活性炭加入到球磨機(jī)中研磨20-30分鐘，加入苯并三唑、磺基丁二酸鈉二辛酯及適量水加熱球磨、混合、打散、烘干制得改性碳粉；
(3)將改性碳粉、氧化鈰、二氧化鋯、氧化釔經(jīng)1520-1640°C高溫煅燒2_4小時(shí)，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(jīng)過(guò)超聲除油、噴砂前處理后，通過(guò)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(guò)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(jié)層上。
[0010]使用本發(fā)明生產(chǎn)的熱障涂層的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)如下:
(1)涂層孔隙率:18.55%;
(2)經(jīng)金相顯微鏡測(cè)得涂層截面有較多的閉合孔隙和垂直微裂紋；
(3)通過(guò)測(cè)量涂層表面和樣品背面的溫度差計(jì)算涂層的隔熱性能，提高幅度最高達(dá)到了約 51.1%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種隔熱耐氧化熱障涂層，其特征在于，由下列重量份的原料制成:氧化鈰29-32、二氧化鋯25-27、氧化釔34-37、碳粉6-9、納米碳化硅1.1-1.4、硫酸鈷1-3、NiCoCrAlYTa合金粉70-80、活性炭10-12、苯并三唑2.3-2.6、凹凸棒土 20-23、磺基丁二酸鈉二辛酯3_4、適量水。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隔熱耐氧化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675_765°C高溫處理30-50分鐘，迅速冷卻至室溫，加入硫酸鈷超聲波研磨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(jié)層； (2)將碳粉、活性炭加入到球磨機(jī)中研磨20-30分鐘，加入苯并三唑、磺基丁二酸鈉二辛酯及適量水加熱球磨、混合、打散、烘干制得改性碳粉； (3)將改性碳粉、氧化鈰、二氧化鋯、氧化釔經(jīng)1520-1640°C高溫煅燒2_4小時(shí)，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(jīng)過(guò)超聲除油、噴砂前處理后，通過(guò)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(guò)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(jié)層上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種隔熱耐氧化熱障涂層的制作方法，其特征在于，所述的金屬粘結(jié)層涂覆厚度為100 μ m，陶瓷層涂覆厚度為300 μ m。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種隔熱耐氧化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(kāi)了一種隔熱耐氧化熱障涂層，和傳統(tǒng)的熱障涂層相比較，添加碳粉經(jīng)高溫煅燒改性后可提高陶瓷相的孔隙率，其次本發(fā)明通過(guò)改性方法，二氧化鋯晶格中Y3+、Ce4+取代Zr4+，產(chǎn)生了氧空位和局部的應(yīng)力場(chǎng)，增加了晶格中的聲子散射，熱導(dǎo)率明顯降低，而且固溶原子Ce的原子量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Ｙ的原子量，可顯著提高本發(fā)明產(chǎn)品中的聲子的散射強(qiáng)度，從而降低了熱導(dǎo)率，本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，所制備的涂層表面硬度高、吸水率低、韌性好不易開(kāi)裂、界面結(jié)合力好、組織成分均勻，在高溫使用環(huán)境中具有穩(wěn)定的耐氧化性能及較長(zhǎng)的涂層使用壽命。
【IPC分類】C23C4/10, C23C4/12, C23C4/06
【公開(kāi)號(hào)】CN105063543
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510495372
【發(fā)明人】陳玉峰, 陳坦和, 陳旭東, 陳明祥
【申請(qǐng)人】馬鞍山藍(lán)科再制造技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年8月13日