一种热障涂层表面熔融沉积物防护涂层及其制备方法，所述热障涂层包括至少一粘结层和至少一陶瓷层，所述粘结层涂覆在所述高温合金基体表面，所述陶瓷层涂覆在所述粘结层表面，与所述粘结层接触的所述陶瓷层为基于氧化钇部分稳定氧化锆材料层，所述陶瓷层表面还涂覆有防护涂层，所述防护涂层使用氧化铝基喷涂粉末，使用超音速等离子喷涂工艺制备。该防护涂层的制备方法，包括氧化铝基喷涂粉末烘干处理，装夹工件并调整参数，利用超音速等离子喷涂设备的喷枪产生等离子焰流均匀预热所述热障涂层表面，开启送粉，在所述热障涂层表面喷涂所述氧化铝基喷涂粉末1-3遍以形成所述防护涂层。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种热障涂层表面熔融沉积物防护涂层及其制备方法，特别是一种利用高能、高速超音速等离子喷涂工艺制备致密、薄的氧化铝基防护涂层的热障涂层表面熔融沉积物防护涂层及其制备方法。
技术介绍
热障涂层(Thermal Barrier Coating，TBC)是利用陶瓷材料优异的耐高温、隔热、抗腐蚀性能，以涂层的方式将陶瓷与金属基体相复合的一种高温结构材料表面防护技术，通常由低热导率的陶瓷面层和与金属基体、陶瓷面层具有良好热膨胀系数匹配性的金属粘结层组成。热障涂层的使用会显著提高航空发动机高温热端部件工作温度，提高热端部件使用寿命，从而提高燃气涡轮发动机热效率。自20世纪70年代以来，氧化锆基热障涂层(Thermal Barrier Coatings,TBCs)已成功地应用于保护航空发动机和燃气轮机涡轮叶片、燃烧室及其他高温部件，6～8wt％Y2O3-ZrO2(统称为8YSZ——氧化钇部分稳定氧化锆)材料具有很多优良的特性，如高韧性、高强度、良好的抗热冲击性能、热膨胀系数大、抗腐蚀等，在很多航空、航天等领域都有重要的应用价值。8YSZ是迄今为止最为经典的热障涂层材料，在航空发动机和燃气轮机方面获得大量应用。随着航空发动机推重比和燃气轮机热效率不断提高，其涡轮前温度也不断提高，先进的航空发动机涡轮前温度高于1500℃，而目前先进燃气轮机涡轮前温度也高于1400℃。参考文献1David R C,Matthias O,Nitin P P.Thermal-barrier coatings for more efficient gas-turbine engines[J].MRS Bulletin,2012,37(10):891-898和参考文献2Carlos G L,John W H,Marie-Hélène Vidal-Sétif,Curtis A J.Environmental degradation of thermal barrier coatings by molten deposits[J].MRS Bulletin,2012,37(10):932-941中描述了熔融的CMAS沉积物是未来更高效率燃气涡轮发动
机热障涂层服役过程中必须考虑的核心问题。CMAS基础成分是大气中灰尘、矿物和火山灰等的熔融复合物和燃油中的Na、Ca、S、P、K等杂质，其具有较低熔点(1230-1250℃)，在热障涂层服役过程中会熔融沉积到热障涂层表面，同时会沿陶瓷涂层表层缺陷(孔隙及微裂纹、柱状晶间隙等)，甚至更微观的晶界位置渗入到涂层内部，沉积在涂层表面CMAS沉积物会增加涂层内部热应力，渗入到涂层内部CMAS会导致陶瓷涂层加快烧结和孔隙闭合，涂层的隔热效果和机械性能会明显衰减；同时CMAS中SiO2会溶解8YSZ中的Y2O3，导致其高温稳定性降低，过早发生相变失稳；同时由于CMAS中Ca2+扩散到YSZ晶粒当中，会导致8YSZ加速烧结，同时CaO会取代Y2O3作为ZrO2的稳定剂，这会导致具有优异高温稳定性的8YSZ材料过早相变失稳，以上CMAS对8YSZ热障涂层的影响会导致涂层过早失效，涂层服役寿命显著降低。CMAS熔融沉积物近年来逐步受到国内外科研人员重视，如何延缓或解决CMAS熔融沉积物对热障涂层服役寿命的影响和过早的损伤失效是未来高效航空发动机和燃气轮机所必须考核的核心问题。目前国内外在贵金属防护涂层、热障涂层表层激光熔覆致密化处理、热障涂层材料掺杂改性等方面开展了探索性研究。为了有效地提高在CMAS熔融沉积物和高温燃气环境下热障涂层的热循环寿命，利用防护涂层层微结构的优化设计及制备工艺优化，提出一种低成本、高效率和有效延缓CMAS对热障涂层失效影响的防护结构，是目前高性能燃气涡轮发动机热端部件防护涂层亟待解决的关键技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对CMAS熔融沉积物对热障涂层过早失效的影响，提供一种热障涂层表面熔融沉积物防护涂层及其制备方法，制备出一种高致密度、均匀、薄的氧化铝基薄层防护涂层，以延缓CMAS的渗入速率，降低CMAS对涂层过早失效的影响，提高高温燃气和CMAS耦合条件下热障涂层热循环寿命。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种热障涂层表面熔融沉积物防护涂层，该热障涂层附着在高温合金基体表面，其中，所述热障涂层包括至少一粘结层和至少一陶瓷层，所述粘结层涂覆在所述高温合金基体表面，所述陶瓷层
涂覆在所述粘结层表面，与所述粘结层接触的所述陶瓷层为基于氧化钇部分稳定氧化锆材料层，所述陶瓷层表面还涂覆有防护涂层，所述防护涂层使用氧化铝基喷涂粉末，使用超音速等离子喷涂工艺制备。上述的热障涂层表面熔融沉积物防护涂层，其中，所述防护涂层平均厚度为5-15μm，所述防护涂层的孔隙率小于5％。上述的热障涂层表面熔融沉积物防护涂层，其中，所述氧化铝基喷涂粉末中包含0-10mol.％的稀土氧化物Re2O3，以在所述防护涂层中形成ReAlO3或Re3Al5O12。上述的热障涂层表面熔融沉积物防护涂层，其中，所述稀土氧化物Re2O3为Gd2O3、Y2O3、Sm2O3、Nd2O3或La2O3中的一种或多种。上述的热障涂层表面熔融沉积物防护涂层，其中，所述氧化铝基喷涂粉末的粒度范围为45μm-75μm、15μm-45μm或5μm-25μm。为了更好地实现上述目标，本专利技术还提供了一种热障涂层表面熔融沉积物防护涂层的制备方法，其中，该热障涂层附着在高温合金基体表面，所述热障涂层包括至少一粘结层和至少一陶瓷层，所述粘结层涂覆在所述高温合金基体表面，所述陶瓷层涂覆在所述粘结层表面，与所述粘结层接触的所述陶瓷层为基于氧化钇部分稳定氧化锆材料层，所述陶瓷层表面还涂覆有防护涂层，所述防护涂层的制备包括如下步骤：S100、氧化铝基喷涂粉末烘干处理，将粒度范围为45μm-75μm、15μm-45μm或5μm-25μm的氧化铝基喷涂粉末在烘箱中进行低温烘干处理，所述氧化铝基喷涂粉末应具有良好的流动性；S200、装夹工件并调整参数，将已制备所述热障涂层的工件装卡在工装中，开启超音速等离子喷涂设备并调整工艺参数如下：电压：150-160V；电流：400-450A；主气：80-90L/min；次气：9-10L/min；载气流量：6-8L/min；送粉量：8-20g/min；喷枪摆动速率：300-1000mm/s；S300、利用超音速等离子喷涂设备的喷枪产生等离子焰流均匀预热所述热障涂层表面，预热温度为200-500℃；S400、开启送粉，在所述热障涂层表面喷涂所述氧化铝基喷涂粉末1-3遍以形成所述防护涂层。上述的热障涂层表面熔融沉积物防护涂层的制备方法，其中，所述防护涂层平均厚度为5-15μm，所述防护涂层的孔隙率小于5％。上述的热障涂层表面熔融沉积物防护涂层的制备方法，其中，所述氧化铝基喷涂粉末中包含0-10mol.％的稀土氧化物Re2O3，以在所述防护涂层中形成ReAlO3或Re3Al5O12。上述的热障涂层表面熔融沉积物防护涂层的制备方法，其中，所述稀土氧化物Re2O3为Gd2O3、Y2O3、Sm2O3、Nd2O3或La2O3中的一种或多种。上述的热障涂层表面熔融沉积物防护涂层的制备方法，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种热障涂层表面熔融沉积物防护涂层，该热障涂层附着在高温合金基体表面，其特征在于，所述热障涂层包括至少一粘结层和至少一陶瓷层，所述粘结层涂覆在所述高温合金基体表面，所述陶瓷层涂覆在所述粘结层表面，与所述粘结层接触的所述陶瓷层为基于氧化钇部分稳定氧化锆材料层，所述陶瓷层表面还涂覆有防护涂层，所述防护涂层使用氧化铝基喷涂粉末，使用超音速等离子喷涂工艺制备。
【技术特征摘要】
2015.03.10 CN 20151010434941.一种热障涂层表面熔融沉积物防护涂层，该热障涂层附着在高温合金基体表面，其特征在于，所述热障涂层包括至少一粘结层和至少一陶瓷层，所述粘结层涂覆在所述高温合金基体表面，所述陶瓷层涂覆在所述粘结层表面，与所述粘结层接触的所述陶瓷层为基于氧化钇部分稳定氧化锆材料层，所述陶瓷层表面还涂覆有防护涂层，所述防护涂层使用氧化铝基喷涂粉末，使用超音速等离子喷涂工艺制备。2.如权利要求1所述的热障涂层表面熔融沉积物防护涂层，其特征在于，所述防护涂层平均厚度为5-15μm，所述防护涂层的孔隙率小于5％。3.如权利要求1或2所述的热障涂层表面熔融沉积物防护涂层，其特征在于，所述氧化铝基喷涂粉末中包含0-10mol％的稀土氧化物Re2O3，以在所述防护涂层中形成ReAlO3或Re3Al5O12。4.如权利要求3所述的热障涂层表面熔融沉积物防护涂层，其特征在于，所述稀土氧化物Re2O3为Gd2O3、Y2O3、Sm2O3、Nd2O3或La2O3中的一种或多种。5.如权利要求1、2或4所述的热障涂层表面熔融沉积物防护涂层，其特征在于，所述氧化铝基喷涂粉末的粒度范围为45μm-75μm、15μm-45μm或5μm-25μm。6.一种热障涂层表面熔融沉积物防护涂层的制备方法，其特征在于，该热障涂层附着在高温合金基体表面，所述热障涂层包括至少一粘结层和至少一陶瓷层，所述粘结层涂覆在所述高温合金基体表面，所述陶瓷层涂覆在所述粘结层表面，与所述粘结层接触的所述陶瓷层为基于氧化钇部分稳定氧化锆材料层，所述陶瓷层表面还涂覆有防护涂层，所述防护涂层的制...
【专利技术属性】
技术研发人员：何箐，邹晗，吴鹏，吕玉芬，汪瑞军，
申请(专利权)人：中国农业机械化科学研究院，北京金轮坤天特种机械有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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