A thermal barrier coating with a particle erosion resistant surface layer and a preparation method thereof are described. The thermal barrier coating is a feathered ceramic layer arranged on the substrate by plasma spraying and physical vapor deposition. The upper end of the ceramic layer is a high cohesive strength surface layer, and the ceramic layer is located below the high cohesive strength surface layer. The high cohesive strength surface layer has the same material composition, phase and macro feather structure as the ceramic layer below the surface layer. The invention has the advantages of simple process, low cost and high bonding strength of the coating, and the prepared thermal barrier coating with a high cohesive strength surface layer can greatly improve the particle erosion resistance of the thermal barrier coating and has long service life.
【技术实现步骤摘要】
一种具有抗粒子冲刷表面层的热障涂层及其制备方法
本专利技术属于热障涂层
,涉及一种具有抗粒子冲刷表面层的热障涂层及其制备方法。
技术介绍
热障涂层(TBCs)是利用陶瓷材料优越的耐高温、抗腐蚀和低导热性能,以涂层的方式将陶瓷与金属基体相复合,提高热端部件的使用温度和抗高温氧化能力,延长热端部件的使用寿命,提高发动机效率的一种表面防护技术。目前热障涂层结构主要有层片状结构和柱状晶结构,前者主要用于温度较低或静止部件上,涂层与基体之间为机械结合,结合强度一般,同时层片状结构应变容限低,涂层在热冲击下容易过早剥落。后者具有柱状晶之间的间隙,使得涂层向应变容限高,热循环寿命高。但柱状晶之间的垂直间隙成为热和腐蚀介质的通道,涂层隔热和耐腐蚀能力低。等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术是在低压等离子喷涂基础上发展起来的一种新型气相沉积涂层方法。制备的热障涂层结构主要是一种类似柱状晶的羽毛状结构。研究发现,羽毛状结构热障涂层具有较好的综合性能,其隔热性能明显高于柱状晶结构,接近层片结构;热循环寿命明显高于层片结构,接近柱状晶涂层。但值得注意的是,PS-PVD制备的羽毛状结构热障涂层,其抗冲刷性能低是一个不容忽视的短板,有待提高。冲蚀失效是指在带硬质颗粒的气流反复作用下,处于作用区域的陶瓷层变密实从而发生厚度变薄、裂纹形成甚至涂层剥落的现象。这里的硬质颗粒来源主要有两类,一是在燃烧过程中形成的碳颗粒或者是发动机燃烧室内壁、涡轮叶片等被冲蚀形成的粒子;另一类是来自被吸入的外界物体,如沙粒、灰尘、盐、金属粉尘等。在发动机服役过程中,由于惯性力引起硬质颗粒偏离气体 ...
【技术保护点】
1.一种具有抗粒子冲刷表面层的热障涂层,其特征在于:该热障涂层为采用等离子喷涂‑物理气相沉积工艺设置在基体上的呈羽毛状结构的陶瓷层,该陶瓷层的上端部为高内聚强度表面层,且该陶瓷层位于高内聚强度表面层下面的部分与高内聚强度表面层之间为无界面连接。
【技术特征摘要】
1.一种具有抗粒子冲刷表面层的热障涂层,其特征在于:该热障涂层为采用等离子喷涂-物理气相沉积工艺设置在基体上的呈羽毛状结构的陶瓷层,该陶瓷层的上端部为高内聚强度表面层,且该陶瓷层位于高内聚强度表面层下面的部分与高内聚强度表面层之间为无界面连接。2.根据权利要求1所述具有抗粒子冲刷表面层的热障涂层,其特征在于:上述高内聚强度表面层的厚度为30~100μm。3.一种具有抗粒子冲刷表面层的热障涂层的制备方法,该方法用于制备上述任一权利要求所述的热障涂层,其特征在于包括以下步骤:1)、将基体表面清洗洁净后固定到真空室内的工件运动台上;2)、关闭真空室,抽真空至压力≤150Pa;3)、采用等离子喷涂-物理气相沉积工艺,在真空室的压力≤150Pa、氧气流量1~3L/min条件下,送入陶瓷粉末,陶瓷粉末进入等离子焰流后实现蒸发,并通过等离子焰流吹扫至基体进行涂层前期沉积,且涂层前期沉积至涂层总厚度的75~90%;...
【专利技术属性】
技术研发人员:毛杰,刘敏,邓畅光,邓春明,宋进兵,邓子谦,牛少鹏,周克崧,
申请(专利权)人:广东省新材料研究所,
类型:发明
国别省市:广东,44
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