一种抗CMAS涂层及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种抗CMAS涂层及其制备方法，属于热障涂层腐蚀与防护技术领域。本发明专利技术以YSZ涂层作为基底层材料能够有阻止CMAS渗透；本发明专利技术对YSZ涂层进行表面激光重熔，能够降低YSZ涂层表面的粗糙度，以增加Al2O3在YSZ涂层表面的附着力；本发明专利技术在基底层表面涂覆Al2O3，通过热处理将Al2O3转化为α

【技术实现步骤摘要】
一种抗CMAS涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及热障涂层腐蚀与防护
，尤其涉及一种抗CMAS涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]热障涂层(Thermal Barrier Coatings，TBC)是先进航空发动机热端部件的关键科学技术之一。随着发动机服役温度不断提高，一种环境沉积物CMAS对叶片的危害受到广泛关注。CMAS的主要成分为CaO、MgO、Al2O3和SiO2，还含有少量的Fe、Na、K的氧化物，随地区变化其成分会发生部分改变。这些氧化物在高温下会反应生成低熔点的共晶物(熔点在1230℃左右)。当超过CMAS熔点之后，熔融的CMAS会形成玻璃态物质，对高温服役的叶片带来巨大的损伤，导致其寿命骤减。尤其是对EB
‑
PVD制备的YSZ涂层而言，其柱状晶形貌为CMAS渗透提供了通道，加速了涂层的失效。
[0003]目前，CMAS的防护方法常用是制备抗CMAS防护涂层，主要方法有：(1)表面封孔技术；(2)在表面制备不可渗透涂层或牺牲性涂层来阻挡CMAS的渗入；(3)新型陶瓷层材料，如：稀土锆酸盐陶瓷层。上述三个方面在国内外都有大量的专利申请，其本质都是在陶瓷层表面形成一层致密的保护层，使熔融的CMAS无法渗透通过来抵抗CMAS的腐蚀。但不论如何设计，该致密层的热膨胀系数必然和底层的陶瓷层不一致，尤其是对EB
‑
PVD制备的YSZ涂层而言，其柱状晶形貌为CMAS渗透提供通道，在高温热循环条件下，致密层更容易产生裂纹和失效。因此，上述的CMAS防护技术并没有在实际生产中得到大规模应用。因此，亟需提供一种新的抗CMAS涂层及其方法，以实现抗CMAS的效果。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种具有优异的抗CMAS效果的抗CMAS涂层及其制备方法。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种抗CMAS涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)对YSZ涂层进行表面激光重熔，得到基底层；
[0008](2)在所述步骤(1)得到的基底层表面涂覆Al2O3后进行热处理，得到陶瓷层；
[0009](3)对所述步骤(2)得到的陶瓷层进行表面激光重熔，得到抗CMAS涂层。
[0010]优选地，所述步骤(1)中的YSZ涂层包括7～8wt.％Y2O3稳定的ZrO2。
[0011]优选地，所述步骤(1)和步骤(3)中的表面激光重熔的激光功率独立地为8～22W。
[0012]优选地，所述步骤(1)和步骤(3)中的表面激光重熔的扫描速度独立地为15～400mm/min。
[0013]优选地，所述步骤(2)中的涂覆包括浸渍提拉法、喷枪喷涂或旋涂。
[0014]优选地，所述步骤(2)中的Al2O3的涂覆量为0.005～0.01g/cm2。
[0015]优选地，所述步骤(2)中的热处理的温度为1100～1200℃。
[0016]优选地，所述步骤(2)中的热处理的时间为2～4h。
[0017]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抗CMAS涂层。
[0018]本专利技术提供了一种抗CMAS涂层的制备方法，包括以下步骤：对YSZ涂层进行表面激光重熔，得到基底层；在得到的基底层表面涂覆Al2O3后进行热处理，得到陶瓷层；对得到的陶瓷层进行表面激光重熔，得到抗CMAS涂层。本专利技术以YSZ涂层作为基底层材料主要起到两方面的作用，一是可以在后续处理使其更致密，减少了CMAS的渗透通道，且可以保留YSZ涂层下半部分的柱状晶结构，不会导致其应变容限的降低；二是YSZ涂层中的Y2O3能够与CMAS中的SiO2反应有更负的吉布斯自由能，其反应更容易发生，有效的锁住硅，使其不形成低熔点的共晶化合物，进而可阻止CMAS渗透；本专利技术对YSZ涂层进行表面激光重熔，能够降低YSZ涂层表面的粗糙度，以增加Al2O3在YSZ涂层表面的附着力；本专利技术在基底层表面涂覆Al2O3，通过热处理将Al2O3转化为α
‑
Al2O3形成陶瓷层，其能够在高温下与CMAS反应生成高熔点钙长石相，以阻止CMAS渗透，实现抗CMAS的效果；本专利技术通过对陶瓷层进行表面激光重熔能够进一步提高陶瓷层与基底层之间的结合力，防止涂层受腐蚀剥落，进而使制备的涂层具有优异的抗CMAS效果。实施例结果表明，本专利技术提供的制备方法得到的抗CMAS涂层经1250℃处理6h后基本未发生剥离，具有优异的抗CMAS腐蚀的效果。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例1和对比例3制备的抗CMAS涂层的XRD图；
[0020]图2为本专利技术实施例1和对比例1和3制备的抗CMAS涂层的剖面形貌图；
[0021]图3为本专利技术实施例1和对比例3制备的抗CMAS涂层分别在1250℃处理不同时间后样品的表面宏观形貌。
具体实施方式
[0022]本专利技术提供了一种抗CMAS涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0023](1)对YSZ涂层进行表面激光重熔，得到基底层；
[0024](2)在所述步骤(1)得到的基底层表面涂覆Al2O3后进行热处理，得到陶瓷层；
[0025](3)对所述步骤(2)得到的陶瓷层进行表面激光重熔，得到抗CMAS涂层。
[0026]本专利技术对YSZ涂层进行表面激光重熔，得到基底层。
[0027]在本专利技术中，所述YSZ涂层优选包括7～8wt.％Y2O3稳定的ZrO2，更优选为7.5～8wt.％Y2O3稳定的ZrO2。在本专利技术中，所述YSZ涂层为抗CMAS涂层提供基底层的作用，以其作为基底层一是可以在后续处理时使其更致密，减少CMAS的渗透通道，且可以保留YSZ涂层下半部分的柱状晶结构，不会导致其应变容限的降低；二是YSZ涂层中的Y2O3能够与CMAS中的SiO2反应有更负的吉布斯自由能，其反应更容易发生，有效的锁住硅，使其不形成低熔点的共晶化合物，进而可阻止CMAS渗透。
[0028]在本专利技术中，所述YSZ涂层优选为涂覆在基底上的YSZ涂层。本专利技术对所述YSZ涂层的来源和制备方法没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的YSZ涂层的制备方法即可。在本专利技术中，所述YSZ涂层优选为农机院EB
‑
PVD制备态YSZ涂层样品。
[0029]本专利技术对所述YSZ涂层的厚度没有特殊限定，根据需要进行选择即可。在本专利技术中，所述YSZ涂层的厚度优选为100～120μm，更优选为110～120μm。在本专利技术中，所述YSZ涂层的厚度为上述范围时能够模拟航空发动机热端部件的YSZ涂层，更有利于体现本专利技术制
备方法得到的抗CMAS涂层的效果。
[0030]本专利技术优选在表面激光重熔前对YSZ涂层进行预处理。在本专利技术中，所述预处理优选包括依次进行的洗涤和干燥。本专利技术对所述洗涤和干燥的操作方法没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的洗涤和干燥的操作方法即可。在本专利技术中，所述洗涤的试剂优选包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗CMAS涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)对YSZ涂层进行表面激光重熔，得到基底层；(2)在所述步骤(1)得到的基底层表面涂覆Al2O3后进行热处理，得到陶瓷层；(3)对所述步骤(2)得到的陶瓷层进行表面激光重熔，得到抗CMAS涂层。2.根据权利要求1所述的抗CMAS涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的YSZ涂层包括7～8wt.％Y2O3稳定的ZrO2。3.根据权利要求1所述的抗CMAS涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(3)中的表面激光重熔的激光功率独立地为8～22W。4.根据权利要求1或3所述的抗CMAS涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(3)中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李树索，曲卫卫，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：