一种热障涂层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于功能涂层技术领域，特别涉及一种热障涂层及其制备方法和应用。本发明专利技术提供了一种热障涂层的制备方法，包括以下步骤：提供预处理基体；在所述预处理基体的表面利用NiCrAlY合金进行多弧离子镀，得到金属粘结层；在所述金属粘结层表面依次进行喷丸处理、热处理、喷砂处理和清洗后，采用电子束物理气相沉积法制备陶瓷层，得到热障涂层。通过以NiCrAlY合金进行多弧离子镀，在较快的沉积速度基础上，得到与基体结合力高的金属粘结层，有利于提高涂层对交变载荷的承受能力并提高热障涂层的抗热震性；通过电子束物理气相沉积有利于得到均匀、与金属粘结层结合良好的陶瓷层，进一步提高热障涂层的抗热震性。

【技术实现步骤摘要】
一种热障涂层及其制备方法和应用
本专利技术属于功能涂层
，特别涉及一种热障涂层及其制备方法和应用。
技术介绍
热障涂层(ThermalBarrierCoatings)是一层陶瓷涂层，其沉积在耐高温金属或超合金的表面，对于基底材料起到隔热作用，降低基底温度，使得用其制成的器件(如发动机涡轮叶片)能在高温下运行，并且可以提高器件(如发动机等)的热效率达到60％以上。热障涂层主要由四层组成，最外层是陶瓷层，用来降低合金基体的温度；陶瓷层下层是金属粘结层，主要用于改善陶瓷层与基体的结合强度和保护基体合金免受高温燃气冲蚀；金属粘结层下面是热生长氧化物(TGO)层，是在高温服役时粘结层中的Al向外扩散氧化形成的，主要成分为α-Al2O3；最下面为高温合金基体。热障涂层做为提高航空发动机涡轮叶片承温能力的三大技术之一，对保护涡轮叶片和提高发动机涡轮前进口温度具有重要意义。目前，热障涂层的制备方法主要有大气等离子喷涂、电子束物理气相沉积以及高速火焰喷涂。其中，大气等离子喷涂制备的热障涂层具有大量的微孔和微缺陷，因此具有良好的隔热效果，但抗热震性能较差，寿命较低；电子束物理气相沉积制备的热障涂层具有柱状晶结构，陶瓷层具有良好的应变容限，因此抗热震性能好、寿命较长，但涂层与基体结合力较差；高速火焰喷涂制备的涂层与基体结合力较差，不能承受交变载荷，涂层内应力大。因此，寻求一种与基体结合良好且抗热震性能优良的热障涂层的制备方法，以满足现代工业的不断发展对热障涂层的要求，具有重要的国防意义和极大的产业价值。>
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种热障涂层的制备方法，由该方法制备得到的热障涂层具有与基体结合良好且抗热震性能优良的特点；本专利技术还提供了一种热障涂层及其应用。为了实现上述专利技术的目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种热障涂层的制备方法，包括以下步骤：提供预处理基体；在所述预处理基体的表面利用NiCrAlY合金进行多弧离子镀，得到金属粘结层；在所述金属粘结层表面依次进行喷丸处理、热处理、喷砂处理和清洗后，采用电子束物理气相沉积法制备陶瓷层，得到热障涂层。优选的，所述提供预处理基体包括以下步骤：将基体的表面依次进行打磨、喷砂处理和清洗，得到预处理基体；所述打磨用砂纸的目数为800目；所述喷砂处理用细砂的目数为20目，压力为0.2MPa。优选的，所述基体为镍基合金。优选的，以质量百分比计，所述NiCrAlY合金包括以下元素：Cr15％～20％、Al10％～15％、Y0.2％～1.0％和余量的Ni。优选的，所述多弧离子镀的弧电流为160～200A，偏压为10～30V，本底真空度为1×10-3～9×10-3Pa；所述多弧离子镀时，所述预处理基体的温度为300～500℃。优选的，所述电子束物理气相沉积法的真空度为5×10-3Pa，高压电压为20kV；一枪电流上升速率为0.1A/2min，一枪电流最终电流为1.3～1.5A；三枪电流最终电流为0.22～0.25A；靶材的上升速率为5mm/min；所述电子束物理气相沉积在预处理基体的温度达到700～800℃时结束。优选的，所述电子束物理气相沉积法的靶材为氧化钇稳定氧化锆。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的热障涂层，包括依次层叠的基体层、金属粘结层和陶瓷层。优选的，所述金属粘结层的厚度为10～100μm，所述陶瓷层的厚度为50～250μm。本专利技术还提供了上述技术方案所述热障涂层在航空发动机和燃气轮机领域中的应用。本专利技术提供了一种热障涂层的制备方法，包括以下步骤：提供预处理基体；在所述预处理基体的表面利用NiCrAlY合金进行多弧离子镀，得到金属粘结层；在所述金属粘结层表面依次进行喷丸处理、热处理、喷砂处理和清洗后，采用电子束物理气相沉积制备陶瓷层，得到热障涂层。本专利技术通过对基体表面进行预处理，为后续进行金属粘结层制备提供良好的环境基础；通过以NiCrAlY合金进行多弧离子镀，得到与基体结合力高的金属粘结层，有利于提高涂层对交变载荷的承受能力并提高热障涂层抗热震性；通过对金属粘结层表面的喷丸处理、热处理、喷砂处理和清洗，有利于提高金属粘结层与陶瓷层的界面结合强度；通过电子束物理气相沉积有利于得到均匀、与金属粘结层结合良好的陶瓷层，进一步提高热障涂层的抗热震性。实施例的测试结果表明，使用本专利技术提供的制备方法得到的热障涂层，经1100℃冷热循环后，涂层表面有烧结痕迹，表面颜色由制备态的蓝白色逐渐变为暗黄色，表面干净完整，无边缘剥落现象和宏观裂纹产生；1100℃条件下，不同冷热循环次数后热障涂层的残余应力整体水平较低，热障涂层寿命远大于2000次，说明所得热障涂层与基体结合力强、抗热震性能优异。附图说明图1为热障涂层的结构示意图，其中1为基体层，2为金属粘结层，3为陶瓷层；图2为实施例1所得热障涂层的金属粘结层的SEM图；图3为测试例1中热障涂层在不同循环次数条件下的宏观照片；图4为测试例2中热障涂层在0次循环次数条件下，陶瓷层厚度梯度方向平均应力水平曲线图；图5为测试例2中热障涂层在10次循环次数条件下，陶瓷层厚度梯度方向平均应力水平曲线图；图6为测试例2中热障涂层在20次循环次数条件下，陶瓷层厚度梯度方向平均应力水平曲线图；图7为测试例2中热障涂层在50次循环次数条件下，陶瓷层厚度梯度方向平均应力水平曲线图；图8为测试例2中热障涂层在100次循环次数条件下，陶瓷层厚度梯度方向平均应力水平曲线图；图9为测试例2中热障涂层在300次循环次数条件下，陶瓷层厚度梯度方向平均应力水平曲线图；图10为测试例2中热障涂层在500次循环次数条件下，陶瓷层厚度梯度方向平均应力水平曲线图；图11为测试例2中热障涂层在1000次循环次数条件下，陶瓷层厚度梯度方向平均应力水平曲线图；图12为测试例2中热障涂层在2000次循环次数条件下，陶瓷层厚度梯度方向平均应力水平曲线图；图13为测试例2中热障涂层的TGO应力随循环次数变化图。具体实施方式本专利技术提供了一种热障涂层的制备方法，包括以下步骤：提供预处理基体；在所述预处理基体的表面利用NiCrAlY合金进行多弧离子镀，得到金属粘结层；在所述金属粘结层表面依次进行喷丸处理、热处理、喷砂处理和清洗后，采用电子束物理气相沉积法制备陶瓷层，得到热障涂层。本专利技术提供预处理基体。在本专利技术中，所述提供预处理基体优选包括以下步骤：将基体的表面依次进行打磨、喷砂处理和清洗，得到预处理基体。在本专利技术中，所述基体优选为镍基合金。在本专利技术中，所述打磨用砂纸的目数优选为800目。本专利技术对所述打磨的时间没有特殊限定，以能够去除基体表面的杂质为准。在本专利技术中，所述喷砂处理用细砂的目数优选为20目，压力优选为0.2MPa。本专利技术对所述喷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热障涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n提供预处理基体；/n在所述预处理基体的表面利用NiCrAlY合金进行多弧离子镀，得到金属粘结层；/n在所述金属粘结层表面依次进行喷丸处理、热处理、喷砂处理和清洗后，采用电子束物理气相沉积法制备陶瓷层，得到热障涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种热障涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供预处理基体；
在所述预处理基体的表面利用NiCrAlY合金进行多弧离子镀，得到金属粘结层；
在所述金属粘结层表面依次进行喷丸处理、热处理、喷砂处理和清洗后，采用电子束物理气相沉积法制备陶瓷层，得到热障涂层。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述提供预处理基体包括以下步骤：
将基体的表面依次进行打磨、喷砂处理和清洗，得到预处理基体；
所述打磨用砂纸的目数为800目；所述喷砂处理用细砂的目数为20目，压力为0.2MPa。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述基体为镍基合金。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以质量百分比计，所述NiCrAlY合金包括以下元素：Cr15％～20％、Al10％～15％、Y0.2％～1.0％和余量的Ni。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多弧离子镀的弧电流为160～200A，偏压为10～3...

【专利技术属性】
技术研发人员：李树索，周汝豪，张恒，郭付达，尚勇，裴延玲，宫声凯，
申请(专利权)人：北航四川西部国际创新港科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51