一种热障涂层的液相喷涂制备方法及热障涂层技术

本发明专利技术公开了一种热障涂层的液相喷涂制备方法及热障涂层，其采用YbSZ粉末与去离子水混合并球磨而成的悬浊液作为喷涂原料，将所述悬浊液通过二流式雾化喷嘴送入等离子射流，并沉积在基体上形成热障涂层。该热障涂层为具有垂直裂纹结构、孔隙均匀分布且高结晶度的纳米结构热障涂层。本发明专利技术采用YbSZ粉末与去离子水混合并球磨而成的悬浊液作为喷涂原料，替代现有的微米级团聚粉末及液相前驱体溶液，所制得的热障涂层具有垂直裂纹的纳米结构涂层，该涂层结晶度及纳米程度高，强度高，生产工艺简单，生产效率高。生产效率高。生产效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种热障涂层的液相喷涂制备方法及热障涂层


[0001]本专利技术属于热障涂层
，特别是涉及一种以溶液悬浊液代替常规等离子喷涂工艺中团聚粉末以及液相前驱体溶液制备具有垂直裂纹结构、孔隙均匀分布且高结晶度的纳米结构热障涂层的方法。

技术介绍

[0002]随着航空燃气涡轮发动机向高流量比、高推重比方向发展，涡轮发动机进口温度进一步提高，从而可以提高发动机效率。现有的金属材料单独使用已经不能满足设计及使用要求。热障涂层(TBCs)是利用陶瓷材料优越的耐高温、抗腐蚀和热导率低等性能，以涂层的方式将陶瓷与金属基体相复合，增强热端部件的抗高温氧化能力和抗腐蚀能力，延长热端部件使用寿命，提高发动机效率的一种表面防护技术。
[0003]目前，热障涂层普遍采用陶瓷层和粘结层双层结构材料，陶瓷层的材料为8wt％Y2O3‑
ZrO2(8YSZ)，该材料被认为是一种标准的陶瓷隔热涂层材料，具有较高的热膨胀系数，较低的热导率及良好的抗热冲击性，但长期使用温度不能超过1200℃。在1200℃以上，亚稳四方相转变为四方相和立方相，然后转变为单斜相，产生体积膨胀，导致涂层剥落失效，从而降低热障涂层的寿命。
[0004]传统的大气等离子喷涂制备纳米结构热障涂层需要有复杂的造粒过程，成本高，且在喷涂过程中纳米晶粒均有不同程度的长大，导致所制备的涂层不一定为纳米结构，层间结合较差，使涂层抗热震性能较低。液相前驱体溶液等离子喷涂可以制备具有垂直裂纹的纳米结构涂层，但涂层孔隙率较高，涂层结晶度较低、强度不够。
[0005]因此，现有技术还有待于进一步发展和改进。

技术实现思路

[0006]本专利技术提出一种热障涂层的液相喷涂制备方法及热障涂层，该方法采用研磨过筛后的YbSZ粉末与去离子水按照一定固含量配比混合并球磨形成悬浊液作为喷涂原料，将该悬浊液通过二流式雾化喷嘴送入等离子射流，并沉积在基体上形成具有垂直裂纹结构、孔隙均匀分布且高结晶度的纳米结构的热障涂层。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种热障涂层的液相喷涂制备方法，其采用YbSZ粉末与去离子水混合并球磨而成的悬浊液作为喷涂原料，将所述悬浊液通过二流式雾化喷嘴送入等离子射流，并沉积在基体上形成热障涂层。
[0009]进一步地，所述悬浊液的的制备步骤包括：
[0010]步骤1、向氧化镱中加入过量的浓硝酸及适量的去离子水，加热搅拌至完全反应，形成硝酸镱溶液；
[0011]步骤2、向步骤1中的硝酸镱溶液中加入氯氧化锆水溶液，形成混合溶液；
[0012]步骤3、采用氨水对步骤2所获得的混合溶液进行化学共沉淀滴定实验，将反应获
得的氢氧化物沉淀进行烘干、煅烧、研磨过筛后获得YbSZ粉末，将YbSZ粉末与去离子水混合并球磨，形成悬浊液。
[0013]进一步地，步骤2中，以最终形成的YbSZ计算，控制所述氧化镱在所述氯氧化锆中的掺杂浓度为8wt％。
[0014]进一步地，所述悬浊液的浓度为0.8mol/L～1.0mol/L。
[0015]进一步地，所述化学共沉淀滴定实验具体为：
[0016]取一定量的氨水进行水浴加热且超声震荡，将硝酸镱与氯氧化锆的混合溶液缓慢滴定至氨水中，期间不停搅拌，连续形成絮状的沉淀，反应方程式如下所示：
[0017][0018]然后洗涤并抽滤得到纯净的氢氧化物沉淀。
[0019]进一步地，所述煅烧时间为10小时，煅烧温度为800℃。
[0020]进一步地，所述研磨的目数为200目。
[0021]进一步地，步骤3后还包括：
[0022]步骤4、将步骤3中制备好的悬浊液置于容器中，利用蠕动泵作为传输动力装置，悬浊液在不断搅拌的情况下通过与蠕动泵连接的液体输送管送入二流式雾化喷嘴；以及
[0023]步骤5、经二流式雾化喷嘴将悬浊液雾化后送入等离子射流，经过溶剂挥发、溶质析出、高温团聚、熔化过程后沉积在基体上形成热障涂层。
[0024]进一步地，所述二流式雾化喷嘴雾化角度为10
°
～30
°
，二流式雾化喷嘴所用雾化气压力为0.2MPa。
[0025]一种采用上述所述的热障涂层的液相喷涂制备方法制备的热障涂层，其中，所述热障涂层为具有垂直裂纹结构、孔隙均匀分布且高结晶度的纳米结构热障涂层。
[0026]综上所述，本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：
[0027](1)本专利技术以悬浊液作为喷涂原料，其来源广泛、成本较低。
[0028](2)本专利技术采用悬浊液替代微米级团聚粉末作为原料，简化了喷涂原料制备工艺环节，大大提高了生产效率和降低了成本，易于实现工艺化生产。
[0029](3)本专利技术采用悬浊液代替液相前驱体溶液作为原料，获得的涂层结构可控，所制得的热障涂层具有垂直裂纹的纳米结构涂层，涂层结晶度高，纳米程度更高，起到了细晶强化的作用。
[0030](4)利用等离子射流高温、高速特性，悬浊液在等离子射流中瞬间发生溶剂挥发、溶质析出、高温团聚、熔化等过程后在基体上形成涂层，该过程在极短时间内完成，能有效抑制晶粒长大，可以保持纳米结构涂层。
[0031](5)本专利技术选择YbSZ陶瓷材料，与氧化钇部分稳定的氧化锆(8YSZ)相比具有更好的高温相稳定性，可以有效缓解由于基体材料与陶瓷层热膨胀系数不匹配产生的应力，以满足长期服役的热端部件的隔热与抗高温氧化腐蚀的需求。
附图说明
[0032]图1是实现本专利技术热障涂层的制备方法的液相等离子喷涂设备的结构示意图；
[0033]图2是本专利技术实施例1中制备的热障涂层的XRD相结构；
[0034]图3是本专利技术实施例1中制备的热障涂层在不同放大倍数下的表面形貌；
[0035]图4是本专利技术实施例2中制备的热障涂层经热处理后的表面形貌；
[0036]图5为本专利技术实施例3中在喷涂4遍后得到热障涂层的SEM截面形貌图；
[0037]图6为本专利技术实施例3中在喷涂12遍后得到热障涂层的SEM截面形貌图；
[0038]图7为本专利技术对比例中前驱体溶液等离子喷涂在与实施例1同参数下喷涂得到的XRD相结构图。
[0039]附图中：1、容器；2、液体输送管；3、蠕动泵；4、二流式雾化喷嘴；5、气阀；6、气体输送管；7、等离子射流；8、基体；9、热障涂层；10、等离子喷枪。
具体实施方式
[0040]为了使本领域的人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合本专利技术的实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0041]具体实施例1
[0042]本专利技术是针对粉末等离子喷涂制备热障涂层技术中存在的缺陷，以及传统8YSZ涂层高温相稳定性较差，以及液相前驱体溶液等离子喷涂制备的涂层孔隙率较高、涂层结晶度较低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热障涂层的液相喷涂制备方法，其特征在于，采用YbSZ粉末与去离子水混合并球磨而成的悬浊液作为喷涂原料，将所述悬浊液通过二流式雾化喷嘴送入等离子射流，并沉积在基体上形成热障涂层。2.根据权利要求1所述的热障涂层的液相喷涂制备方法，其特征在于，所述悬浊液的的制备步骤包括：步骤1、向氧化镱中加入过量的浓硝酸及适量的去离子水，加热搅拌至完全反应，形成硝酸镱溶液；步骤2、向步骤1中的硝酸镱溶液中加入氯氧化锆水溶液，形成混合溶液；步骤3、采用氨水对步骤2所获得的混合溶液进行化学共沉淀滴定实验，将反应获得的氢氧化物沉淀进行烘干、煅烧、研磨过筛后获得YbSZ粉末，将YbSZ粉末与去离子水混合并球磨，形成悬浊液。3.根据权利要求2所述的热障涂层的液相喷涂制备方法，其特征在于，步骤2中，以最终形成的YbSZ计算，控制所述氧化镱在所述氯氧化锆中的掺杂浓度为8wt％。4.根据权利要求1或2所述的热障涂层的液相喷涂制备方法，其特征在于，所述悬浊液的浓度为0.8mol/L～1.0mol/L。5.根据权利要求2所述的热障涂层的液相喷涂制备方法，其特征在于，所述化学共沉淀滴定实验具体为：取一定量的氨水进行水浴加热且超声震荡，将硝酸镱与氯氧化锆的混合溶液缓慢滴定至氨水中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞，孙晓峰，李占明，宋巍，柳建，周伯祎，谢怡春，任小蛟，刘芳，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军装甲兵学院，
类型：发明
国别省市：