一种抗烧结长寿命双层柱状结构热障涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗烧结长寿命双层柱状结构热障涂层及其制备方法，包括位于内部的增韧层和位于外部的隔热层，且隔热层内包含沿热流方向的纵向缝隙；隔热层由致密的片层单元和疏松的纳米颗粒堆复合堆叠构成；增韧层占双层结构热障涂层总厚度的10％～50％，所用第一热障涂层材料的断裂韧性大于或等于2.5MPa·m

A long-life sintering-resistant double-layer columnar thermal barrier coating and its preparation method

The invention discloses a sintering-resistant long-life double-layer columnar thermal barrier coating and a preparation method thereof, including a toughening layer in the interior and a heat insulation layer in the exterior, and the heat insulation layer contains longitudinal cracks along the direction of heat flow; the heat insulation layer is composed of a compact lamellar unit and a loose stack of nanoparticles; the toughening layer accounts for 10%-50% of the total thickness of the double-layer thermal barrier coating. The fracture toughness of the first thermal barrier coating material used is greater than or equal to 2.5MPa.m.

【技术实现步骤摘要】
一种抗烧结长寿命双层柱状结构热障涂层及其制备方法
本专利技术属于涂层
，特别涉及一种抗烧结长寿命双层柱状结构热障涂层及其制备方法。
技术介绍
热障涂层(TBCs)是航空发动机和燃气轮机发展的核心技术之一。目前，航空发动机和燃气轮机的热端构件材料多采用高温合金，其承温极限不超过1100℃，这已远远无法满足发动机内部热端构件的服役温度。因此，必须在高温合金热端构件表面涂覆具有隔热作用的TBCs，以使高温合金在远超其承温极限的环境中稳定服役。因此，TBCs的结构设计必须兼顾考虑其隔热功能和服役寿命。TBCs在长时间高温热暴露中，烧结会引发涂层隔热功能的衰退，并直接威胁涂层的服役寿命。根本原因是，烧结导致TBCs内部大量起隔热作用的微孔隙愈合消失。例如，在1300℃热暴露50小时，以YSZ制备的TBCs的热导率将从初始态的～1.0W/m·K升至～2.2W/m·K，隔热能力直接下降50％以上。因此，TBCs抗烧结的关键是是保持其内部孔隙的稳定存在或自发再生。另一方面，TBCs在服役中开裂剥落的主要原因是涂层的应变能量释放率(Gi)超过了其自身的临界应变能量释放率(Gic)。因此，延长涂层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗烧结长寿命双层柱状结构热障涂层，其特征在于，包括自下至上依次设置的增韧层(3)和隔热层(4)，所述增韧层(3)包括由第一热障涂层材料形成的若干层第一片层单元(6)；所述隔热层(4)包括交替设置的第一涂层和第三片层单元(8)，所述隔热层(4)的底层为第一涂层，隔热层(4)中非底层的第一涂层覆盖其下方的第一涂层和第三片层单元(8)；所述第一涂层包括若干层第二片层单元(7)，所述第二片层单元(7)由第二热障涂层材料粉末制成，所述第三片层单元(8)由第三热障涂层材料粉末制成，且所述第一片层单元(6)和所述第二片层单元(7)的片层致密度均大于90％；所述第三片层单元(8)的片层致密度小于60％...

【技术特征摘要】
1.一种抗烧结长寿命双层柱状结构热障涂层，其特征在于，包括自下至上依次设置的增韧层(3)和隔热层(4)，所述增韧层(3)包括由第一热障涂层材料形成的若干层第一片层单元(6)；所述隔热层(4)包括交替设置的第一涂层和第三片层单元(8)，所述隔热层(4)的底层为第一涂层，隔热层(4)中非底层的第一涂层覆盖其下方的第一涂层和第三片层单元(8)；所述第一涂层包括若干层第二片层单元(7)，所述第二片层单元(7)由第二热障涂层材料粉末制成，所述第三片层单元(8)由第三热障涂层材料粉末制成，且所述第一片层单元(6)和所述第二片层单元(7)的片层致密度均大于90％；所述第三片层单元(8)的片层致密度小于60％；所述隔热层(4)和所述增韧层(3)被所述纵向缝隙(5)分割为柱状；所述增韧层(3)的厚度占增韧层(3)和隔热层(4)总厚度的10％～50％。2.根据权利要求1所述的一种抗烧结长寿命双层柱状结构热障涂层，其特征在于，所述隔热层(4)内沿热流方向相邻的第三片层单元(8)之间有M层第二片层单元(7)，M为10-100内的自然数；所有所述第三片层单元(8)的体积为所有第二片层单元(7)和所有第三片层单元(8)总体积的10％～50％。3.根据权利要求1所述的一种抗烧结长寿命双层柱状结构热障涂层，其特征在于，所述增韧层(3)内第一片层单元(6)的层间结合率不低于50％；所述隔热层(4)内第二片层单元(7)的层间结合率不高于30％。4.根据权利要求1所述的一种抗烧结长寿命双层柱状结构热障涂层，其特征在于，所述增韧层(3)中，相邻两层第一片层单元(6)之间具有第一层间微孔隙(91)，同层第一片层单元中，相邻第一片层单元(6)之间具有第一层内微裂纹(101)；所述隔热层(4)中，相邻两层第二片层单元(7)之间具有第二层间微孔隙(92)，同层第二片层单元中，相邻第二片层单元(7)之间具有第二层内微裂纹(102)。5.根据权利要求1所述的一种抗烧结长寿命双层柱状结...

【专利技术属性】
技术研发人员：李广荣，王丽爽，杨冠军，刘梅军，刘宏，李成新，李长久，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61