一种自修复热障涂层材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于热障涂层领域，尤其涉及一种自修复热障涂层材料及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的热障涂层材料为核壳结构，壳层的材料为Ni包覆MoSi2，核的材料为ZrO2‑

【技术实现步骤摘要】
一种自修复热障涂层材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于热障涂层领域，尤其涉及一种自修复热障涂层材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]热障涂层(ThermalBarrierCoatings，TBCs)是高温下具有良好隔热性能的陶瓷涂层，在航空发动机、冲压发动机、大型燃机和固体火箭发动机等动力系统的热防护方面有重大应用。国内外常用的TBCs材料8YSZ(8wt％Y2O3稳定的ZrO2)，其热导率较高、在1178℃以上发生相变和烧结，在1300℃以上界面氧化严重，易发生裂纹萌生与扩展，涡轮叶片在极端工况下造成叶尖磨损而尺寸超差等问题，已经难以满足先进航空发动机对大推力、高推重比、高可靠性和较长服役寿命的综合需求。
[0003]近年来随着多离子掺杂技术的发展，国内外均已针对高温服役环境下的YSZ热障涂层材料改性需求开展对应研究。其中，多元稀土或者过渡金属氧化物掺杂YSZ涂层能够将多种元素掺杂的优点合二为一，有效规避单元素掺杂的缺点，从而获得具有良好综合性能的热障涂层。同时，以稀土锆酸盐为首的新兴陶瓷材料以其低导热性和高温相稳定性等优良特性引起了研究者的关注，但新兴陶瓷材料仍然具有较低的热膨胀系数以及断裂韧性等问题，尚未发现良好的解决办法，因此新兴陶瓷面层材料仍需要进一步的探索。20世纪60年代，Bazin首次提出了自修复材料的概念，作为智能材料的重要体现之一，具有巨大的发展前景。自修复技术可以显著提高热端部件的耐久性，在工作温度通过自修复因子的膨胀、液化等实现热端部件下的裂纹愈合，从而延长关键热端部件的使用寿命。综上所述，多元稀土离子的掺杂虽然能降低YSZ热障涂层的热导率，改善YSZ热障涂层的高温稳定性，但依然无法满足未来先进航空发动机热端部件日益严苛的服役要求。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种自修复热障涂层材料及其制备方法和应用，本专利技术提供的热障涂层材料具有良好的补裂止裂和抑氧抗氧化性能。
[0005]本专利技术提供了一种自修复热障涂层材料，为核壳结构，壳层的材料为Ni包覆MoSi2，核的材料为ZrO2‑
9.5Y2O3‑
5.6Yb2O3‑
5.2Gd2O3。
[0006]优选的，所述Ni包覆MoSi2与ZrO2‑
9.5Y2O3‑
5.6Yb2O3‑
5.2Gd2O3的质量比为(1～3)：(7～9)。
[0007]本专利技术提供了一种上述技术方案所述自修复热障涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]以ZrO2‑
9.5Y2O3‑
5.6Yb2O3‑
5.2Gd2O3颗粒作为核材料，以Ni包覆MoSi2粉末作为壳层材料，进行造粒，之后真空烧结，得到自修复热障涂层材料。
[0009]优选的，所述ZrO2‑
9.5Y2O3‑
5.6Yb2O3‑
5.2Gd2O3的粒径为15～35μm。
[0010]优选的，所述Ni包覆MoSi2粉末的粒径为4～6μm；所述Ni包覆MoSi2中MoSi2的粒径
为500nm～2μm，形状为椭球状。
[0011]优选的，所述Ni包覆MoSi2粉末按照以下步骤制备得到：
[0012]将MoSi2粉末置于镍溶液中进行化学镀，得到Ni包覆MoSi2粉末。
[0013]优选的，所述镍溶液的pH值为10～11。
[0014]优选的，所述化学镀的次数为2～3次。
[0015]优选的，所述造粒的具体步骤包括：
[0016]将ZrO2‑
9.5Y2O3‑
5.6Yb2O3‑
5.2Gd2O3颗粒、Ni包覆MoSi2粉末、分散剂和粘结剂在液相介质中混合，得到料浆；然后将所述料浆进行喷雾造粒，得到球团颗粒。
[0017]本专利技术提供了一种自修复热障涂层，所述自修复热障涂层的材料为上述技术方案所述的自修复热障涂层材料，或者上述技术方案所述制备方法制得的自修复热障涂层材料。
[0018]与现有技术相比，本专利技术提供了一种自修复热障涂层材料及其制备方法和应用。本专利技术提供的热障涂层材料为核壳结构，壳层的材料为Ni包覆MoSi2，核的材料为ZrO2‑
9.5Y2O3‑
5.6Yb2O3‑
5.2Gd2O3。本专利技术基于多元稀土锆酸盐热障涂层隔热性能好的优势，同时结合自修复技术的理念，开发出了具有良好补裂止裂和抑氧抗氧化性能的自修复热障涂层材料，该材料在先进航空发动机涡轮叶片等热端部件的热防护领域具有良好的应用前景。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0020]图1是本专利技术实施例1提供的Ni@MoSi2扫描电镜图(500
×
)；
[0021]图2是本专利技术实施例1提供的Ni@MoSi2扫描电镜图(2000
×
)；
[0022]图3是本专利技术实施例1提供的热处理前涂层截面扫描电镜图；
[0023]图4是本专利技术实施例1提供的热处理后涂层截面扫描电镜图；
[0024]图5是本专利技术实施例2提供的热处理前涂层截面扫描电镜图；
[0025]图6是本专利技术实施例2提供的热处理后涂层截面扫描电镜图。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]本专利技术提供了一种自修复热障涂层材料，为核壳结构，壳层的材料为Ni包覆MoSi2(简称为Ni@MoSi2)，核的材料为ZrO2‑
9.5Y2O3‑
5.6Yb2O3‑
5.2Gd2O3；其中，所述ZrO2‑
9.5Y2O3‑
5.6Yb2O3‑
5.2Gd2O3为ZrO2基掺杂材料，简称为YGYZ，其Y2O3含量为9.5wt％，Yb2O3含量为5.6wt％，Gd2O3含量为5.2wt％，余量为ZrO2。
[0028]在本专利技术提供的热障涂层材料中，所述Ni@MoSi2与YGYZ的质量比优选为(1～3)：
(7～9)，具体可为1:9、1.5:8.5、2:8、2.5:7.5或3:7。
[0029]在本专利技术中，所述热障涂层材料优选由包括YGYZ颗粒和Ni@MoSi2粉末的原料经过造粒后，再进行真空烧结制成。其中，所述YGYZ颗粒的粒径优选为15～35μm，具体可为15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、21μm、22μm本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自修复热障涂层材料，为核壳结构，壳层的材料为Ni包覆MoSi2，核的材料为ZrO2‑
9.5Y2O3‑
5.6Yb2O3‑
5.2Gd2O3。2.根据权利要求1所述的自修复热障涂层材料，其特征在于，所述Ni包覆MoSi2与ZrO2‑
9.5Y2O3‑
5.6Yb2O3‑
5.2Gd2O3的质量比为(1～3)：(7～9)。3.一种权利要求1或2所述自修复热障涂层材料的制备方法，包括以下步骤：以ZrO2‑
9.5Y2O3‑
5.6Yb2O3‑
5.2Gd2O3颗粒作为核材料，以Ni包覆MoSi2粉末作为壳层材料，进行造粒，之后真空烧结，得到自修复热障涂层材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述ZrO2‑
9.5Y2O3‑
5.6Yb2O3‑
5.2Gd2O3的粒径为15～35μm。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：田浩亮，李彰，王长亮，郭孟秋，宇波，肖晨兵，聂梓杏，杜修忻，张昂，崔永静，王天颖，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：