本发明专利技术一种玻璃改性氧化铈稳定氧化锆热障涂层及其制备方法，该制备方法包括：配置混合溶液；将过量氨水逐步滴加于混合溶液并持续搅拌直至生成混合白色沉淀；将Na2CO3溶液加入到的白色沉淀中；将硅溶胶加入到上步骤的混合液中；向上步骤得到的混合物中加PVA水溶液；将上步骤中的混合物置于辊式球磨机上进行球磨；将经过球磨的浆料在喷雾造粒机上进行造粒，去除水分后得到干燥的球状混合粉体；将球状喂料置于送粉器中，通过大气等离子喷涂的方式于金属基板表面进行热喷涂；将涂层在马弗炉中进行热处理，获得高致密的纳米氧化铈稳定氧化锆涂层。本发明专利技术可以解决一般的ZrO2热障涂层致密度低、分布不均匀的问题。分布不均匀的问题。分布不均匀的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种玻璃改性氧化铈稳定氧化锆热障涂层及其制备方法
[0001]本专利技术属于高温防护
，涉及一种玻璃改性氧化铈稳定氧化锆(CeSZ)热障涂层及其制备方法。
技术介绍
[0002]热障涂层被广泛应用于先进燃气轮机和柴油机等高温金属部件进行热防护，以提高发动机效率及性能。通过将热障涂层沉积在金属或合金的表面，可对基底材料起到隔热作用，降低基底温度，使涡轮叶片能在高温下运行。
[0003]ZrO2是目前广泛使用的热障涂层材料。但单一的ZrO2在服役过程中随着温度的变化会产生相变，同时伴随着体积的变化，加速了涂层的剥落。因此，通常将Sm2O3、Sc2O3、Yb2O3、CeO2、La2O3、Gd2O3、TiO2等中的一种或多种稳定剂融入到ZrO2晶格中，来提高涂层的稳定性和使用寿命。目前，ZrO2涂层通常是利用压缩空气将球状ZrO2喂料吹进高温喷枪，经熔化或半熔化后击打在工件表面，冷却凝固后形成涂层。但由于ZrO2的熔点较高，且在火焰中停留的时间较短，通常会造成ZrO2颗粒不能完全熔化，从而导致制备出的ZrO2热障涂层致密度不高、颗粒分布不均匀的问题。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种玻璃改性氧化铈稳定氧化锆(CeSZ)热障涂层及其制备方法。通过引入玻璃改性剂，填充涂层内部孔隙，获得高致密的纳米氧化铈稳定氧化锆(CeSZ)热障涂层，可以解决一般的ZrO2热障涂层致密度低、分布不均匀的问题。
[0005]本专利技术采用如下技术方案来实现的：
[0006]一种玻璃改性氧化铈稳定氧化锆热障涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，按设定比例配置ZrOCl2·
8H2O和Ce(NO3)3·
6H2O混合溶液；
[0008]步骤2，将过量氨水逐步滴加于步骤1中的混合溶液并持续搅拌直至生成的Zr(OH)4和和Ce(OH)3的混合白色沉淀；
[0009]步骤3，配制设定比例的Na2CO3溶液，并将其加入到步骤2的白色沉淀中；
[0010]步骤4，配制设定比例的硅溶胶，并将其加入到步骤3的混合液中；
[0011]步骤5，向步骤4得到的混合物中加PVA水溶液；
[0012]步骤6，将步骤5中的混合物置于辊式球磨机上进行球磨；
[0013]步骤7，将步骤6中经过球磨的浆料在喷雾造粒机上进行造粒，去除水分后得到干燥的Zr(OH)4、Ce(OH)3、Na2CO3、SiO2的球状混合粉体；
[0014]步骤8，将经步骤7得到的球状喂料置于送粉器中，通过大气等离子喷涂的方式于金属基板表面进行热喷涂，在高温火焰条件下Zr(OH)4和Ce(OH)3经过高温分解后，铈离子融入到ZrO2晶格中；此外，Na2CO3分解后和SiO2反应生成Na2Si2O5；
[0015]步骤9，将步骤8得到的涂层在马弗炉中进行热处理，一方面使反应更加充分，另一方面使Na2Si2O5融化后填充涂层内部孔隙，获得高致密的纳米氧化铈稳定氧化锆涂层。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，步骤1中混合溶液的容积为2000mL，ZrOCl2·
8H2O和Ce(NO3)3·
6H2O的质量分数为10wt.％～40wt.％，Zr
4+
的Ce
3+
摩尔浓度比为92：8～97：3。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，步骤2中氨水的浓度为20～40％。
[0018]本专利技术进一步的改进在于，步骤3中Na2CO3溶液的浓度为40～60g/L，溶液体积为100～200mL。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，步骤4中硅溶胶的浓度为30～40％，体积为100～200mL。
[0020]本专利技术进一步的改进在于，步骤5中PVA水溶液的浓度为5～10％，加入量为200～300mL。
[0021]本专利技术进一步的改进在于，步骤6中辊式球磨机的转速为50～100r/min，工作时间为18～36h。
[0022]本专利技术进一步的改进在于，步骤7中造粒的参数为：喷雾造粒机入口温度为350～360℃，出口温度130～150℃，腔内温度180～220℃，喷嘴速度30000～35000r/min，送料速度120～160g/min。
[0023]本专利技术进一步的改进在于，步骤8中等离子喷涂的参数为：电流260～280A，电压30～50V，一次气体(Ar+N2)流速14.0～16.0L/min，二次气体(N2)流速2.0～4.0L/min，喷涂距离90～110mm，粉末载气流速3.0～6.0L/min，送粉速率2.0～4.0g/s；
[0024]步骤9中热处理的温度为800～1000℃，时间为1～2h。
[0025]一种玻璃改性氧化铈稳定氧化锆热障涂层，采用权利要求所述的制备方法制备得到。
[0026]本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0027]1.本专利技术的目的是提供一种玻璃改性氧化铈稳定氧化锆(CeSZ)热障涂层及其制备方法。利用共沉淀和喷雾造粒制备Zr(OH)4、Ce(OH)3、Na2CO3、SiO2的球状混合粉体，经等离子喷涂后得到氧化铈稳定氧化锆(CeSZ)和Na2Si2O5的复合涂层，最后经高温处理后使Na2Si2O5融化后填充涂层内部孔隙，获得高致密涂层。
[0028]2.本专利技术为一种玻璃改性氧化铈稳定氧化锆(CeSZ)热障涂层及其制备方法。与传统的等离子喷涂工艺相比，本专利技术利用纳米级的混合粉料作为喷涂喂料，通过等离子喷枪的高温作用使其分解制备CeSZ/Na2Si2O5涂层，两相成分分布均匀，几乎无团聚现象。
[0029]3.本专利技术为一种玻璃改性氧化铈稳定氧化锆(CeSZ)热障涂层及其制备方法。利用Na2Si2O5玻璃在高温下熔化后产生的流动性来填充涂层之间的孔隙，其致密度比未加玻璃改性的涂层提高了50％，从而获得了更加致密的涂层，能够提高叶片的使用寿命。
附图说明
[0030]图1是本专利技术制备的玻璃改性氧化铈稳定氧化锆(CeSZ)热障涂层的XRD图；
[0031]图2是本专利技术制备的玻璃改性氧化铈稳定氧化锆热障涂层的SEM图；
[0032]图3是本专利技术制备的玻璃改性氧化铈稳定氧化锆热障涂层的致密度。
具体实施方式
[0033]下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0034]本专利技术一种玻璃改性氧化铈稳定氧化锆(CeSZ)热障涂层及其制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0035]步骤1，按设定比例配置ZrOCl2·
8H2O和Ce(NO3)3·
6H2O混合溶液；溶液的容积为2000mL，ZrOCl2·
8H2O和Ce(NO3)3·
6H2O的质量分数为10wt.％～40wt.％，Zr
4+
的Ce
3+
摩尔浓度比为92：8～97：3
[0036]步骤2，将过量氨水逐步滴加于步骤1中的混合溶液并持续搅拌本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种玻璃改性氧化铈稳定氧化锆热障涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，按设定比例配置ZrOCl2·
8H2O和Ce(NO3)3·
6H2O混合溶液；步骤2，将过量氨水逐步滴加于步骤1中的混合溶液并持续搅拌直至生成的Zr(OH)4和和Ce(OH)3的混合白色沉淀；步骤3，配制设定比例的Na2CO3溶液，并将其加入到步骤2的白色沉淀中；步骤4，配制设定比例的硅溶胶，并将其加入到步骤3的混合液中；步骤5，向步骤4得到的混合物中加PVA水溶液；步骤6，将步骤5中的混合物置于辊式球磨机上进行球磨；步骤7，将步骤6中经过球磨的浆料在喷雾造粒机上进行造粒，去除水分后得到干燥的Zr(OH)4、Ce(OH)3、Na2CO3、SiO2的球状混合粉体；步骤8，将经步骤7得到的球状喂料置于送粉器中，通过大气等离子喷涂的方式于金属基板表面进行热喷涂，在高温火焰条件下Zr(OH)4和Ce(OH)3经过高温分解后，铈离子融入到ZrO2晶格中；此外，Na2CO3分解后和SiO2反应生成Na2Si2O5；步骤9，将步骤8得到的涂层在马弗炉中进行热处理，一方面使反应更加充分，另一方面使Na2Si2O5融化后填充涂层内部孔隙，获得高致密的纳米氧化铈稳定氧化锆涂层。2.根据权利要求1所述的一种玻璃改性氧化铈稳定氧化锆热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤1中混合溶液的容积为2000mL，ZrOCl2·
8H2O和Ce(NO3)3·
6H2O的质量分数为10wt.％～40wt.％，Zr
4+
的Ce
3+
摩尔浓度比为92：8～97：3。3.根据权利要求1所述的一种玻璃改性氧化铈稳定氧化锆热...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔锦文，王弘喆，崔雄华，张磊，曹海涛，杨哲一，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。