一种双螺旋结构热障涂层制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种双螺旋结构热障涂层制备工艺，包括以下步骤：步骤一、热障涂层模型建立与模拟；步骤二、陶瓷层喷涂：采用等离子喷涂技术制备陶瓷层，并根据软件模拟的关系调节等离子喷涂陶瓷层每层厚度；步骤三、制备不同角度的双螺旋结构热障涂层：根据等离子喷枪线速度、出粉速率和变位机协同，逆时针和顺时针方向交错旋转调节热障涂层层间结合角度和层间有效结合面积，制备出具有双螺旋结构的热障涂层。本发明专利技术通过调控热障涂层的层间结合角度，使其具有双螺旋结构，制备出热导率低、隔热性能优异的热障涂层。能优异的热障涂层。能优异的热障涂层。

【技术实现步骤摘要】
一种双螺旋结构热障涂层制备工艺


[0001]本专利技术属于航空航天发动机领域，尤其涉及一种双螺旋结构热障涂层制备工艺。

技术介绍

[0002]热障涂层(TBCs)是一种以陶瓷涂层为主体的，起隔热作用的高温应用涂层，它通常沉积在耐高温金属或超合金的表面，具有降低基材温度、硬度高、化学稳定性好、防止高温腐蚀、延长热端部件使用寿命、提高发动机功率和减少燃油消耗等优点。
[0003]目前，锅炉、内燃机、燃气轮机、航空航天发动机等燃烧室高温部件的正常运行离不开隔热的防护措施，陶瓷涂层是高温部件隔热处理的首选。陶瓷涂层可通过改变其材料或结构来降低热导率，使其更好得保护高温部件。改变陶瓷涂层结构可通过调整制备工艺来实现。通过大气等离子喷涂技术(APS)制备的热障涂层具有层状结构，改变层状结构的层间结合角度，使其具备双螺旋结构，可有效延长热流的传递路径，从而有效降低热障涂层的热导率；在一定陶瓷层厚度下，减少每一层陶瓷层的厚度，可增加陶瓷层之间换热次数，增加热阻，进一步降低热障涂层的热导率。另一方面，减小热障涂层陶瓷层间有效结合面积，可降低热障涂层热导率，提高隔热效果。
[0004]鉴于此，特提出本专利技术。通过调整离子喷枪线速度和出粉速率的关系，调节等离子喷涂陶瓷层每层厚度，同时根据等离子喷枪和变位机协同作用，可有效调节热障涂层层间结合角度、层间有效结合面积以及单道次层厚，优化制备热导低、隔热效果好的双螺旋结构热障涂层，使其适应于发动机部件恶劣的高温工作环境。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种双螺旋结构热障涂层制备工艺，旨在提高热障涂层的隔热性能。
[0006]本专利技术是这样实现的，一种双螺旋结构热障涂层制备工艺，包括以下步骤：
[0007]步骤一、热障涂层模型建立与模拟：在制备热障涂层之前，先通过Solidworks软件对不同双螺旋角度热障涂层进行建模，再用SolidWorks Simulation软件模拟热障涂层的层间结合角度、层间结合的有效结合面积与热障涂层热导率的关系，通过逆时针和顺时针方向交错旋转改变层间结合换热角度，使层间结构呈一种双螺旋结构；
[0008]步骤二、陶瓷层制备：采用等离子喷涂技术制备陶瓷层，并根据软件模拟的关系调节等离子喷涂陶瓷层每层厚度；
[0009]步骤三、制备不同角度的双螺旋结构热障涂层：根据等离子喷枪线速度、出粉速率以及变位机控制，逆时针和顺时针方向交错旋转调节热障涂层层间结合角度和层间有效结合面积，制备出具有双螺旋结构的热障涂层。
[0010]进一步的技术方案，步骤二中：所述陶瓷层的每层厚度是根据等离子喷枪线速度和出粉速率关系进行调节；
[0011]喷涂陶瓷层每层厚度为0.01mm、0.015mm、0.02mm或者0.025mm；
[0012]对应等离子喷枪线速度为0.3m/s、0.6m/s、0.9m/s或者1.1m/s；
[0013]以及等离子喷枪的出粉速率为3g/s、6g/s、10g/s或者15g/s。
[0014]进一步的技术方案，所述步骤三中：调节热障涂层层间结合角度和层间有效结合面积的方式是调节等离子喷枪与工件的垂直，先制备第一层陶瓷层；第二层陶瓷层：使用变位机将工件水平顺时针旋转15
‑
75度；第三层陶瓷层：使用变位机将工件水平逆时针旋转15
‑
75度；后续所制备的陶瓷层依此规律制备至相应厚度停止。
[0015]相较于现有技术，本专利技术的有益效果如下：
[0016]本专利技术提供的一种双螺旋结构热障涂层制备工艺，通过顺时针和逆时针交错旋转调控层状结构的层间结合热交换角度，使层间结构呈一种双螺旋结构，降低层间有效结合面积以及单道次层厚减少同时增加换热次数增加热阻，从而降低了热障涂层的热导率。在1100℃时热导率分布在0.859W/m
·
K
‑
0.925W/m
·
K范围。
附图说明
[0017]图1、图2分别为层间结合角度为交错15
°
热障涂层的模型及俯视图。
[0018]图3、图4分别为层间结合角度为交错45
°
热障涂层的模型及俯视图。
[0019]图5、图6分别为层间结合角度为交错75
°
热障涂层的模型及俯视图。
[0020]图7为层间结合角度为交错15
°
、45
°
、75
°
热障涂层热导率随温度变化柱状图。
具体实施方式
[0021]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0022]以下结合具体实施例对本专利技术的具体实现进行详细描述。
[0023]实施例1
[0024]一种本专利技术所述的在镍基合金表面制备双螺旋结构热障涂层制备方法，包括以下步骤：
[0025]在制备热障涂层之前，先通过SolidWorksSimulation软件模拟热障涂层的热导率情况；
[0026]调节等离子喷枪线速度1.1m/s和出粉速率3g/s，调节等离子喷涂陶瓷层每层厚度为0.01mm；
[0027]调节等离子喷枪与工件的角度为90度，变位机在每完成一层陶瓷层涂层制备后，调节工件水平顺时针、逆时针交错旋转15度；
[0028]按照常规等离子喷涂方法制备热障涂层，涂层厚度到达0.200mm。所制备的热障涂层层间结合面积为4.9142mm2/10mm2截面上，在1100℃时热导率为0.925W/m
·
K，。
[0029]实施例2
[0030]一种本专利技术所述的在镍基合金表面制备双螺旋结构的热障涂层制备方法，包括以下步骤：
[0031]在制备热障涂层之前，先通过SolidWorksSimulation软件模拟热障涂层的热导率情况；
[0032]调节等离子喷枪线速度0.9m/s和出粉速率6g/s，调节等离子喷涂陶瓷层每层厚度为0.015mm；
[0033]调节等离子喷枪与工件的角度为90度，变位机在每完成一层陶瓷层涂层制备后，调节工件水平顺时针或逆时针交错旋转45度；
[0034]按照常规等离子喷涂方法制备热障涂层，涂层厚度到达0.210mm。所制备的热障涂层层间结合面积为4.9026mm2/10mm2截面上，在1100℃时热导率为0.901W/m
·
K。
[0035]实施例3
[0036]一种本专利技术所述的在镍基合金表面制备双螺旋结构热障涂层制备方法，包括以下步骤：
[0037]在制备热障涂层之前，先通过SolidWorksSimulation软件模拟热障涂层的热导率情况；
[0038]调节等离子喷枪线速度0.6m/s和出粉速率10g/s，调节等离子喷涂陶瓷层每层厚度为0.02mm；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双螺旋结构热障涂层制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、热障涂层模型建立与模拟：在制备热障涂层之前，先通过Solidworks软件对不同双螺旋角度热障涂层进行建模，再用SolidWorks Simulation软件模拟热障涂层的层间结合角度、层间结合的有效结合面积与热障涂层热导率的关系，通过逆时针和顺时针方向交错旋转改变层间结合换热角度，使层间结构呈一种双螺旋结构；步骤二、陶瓷层制备：采用等离子喷涂技术制备陶瓷层，并根据软件模拟的关系调节等离子喷涂陶瓷层每层厚度；步骤三、制备不同角度的双螺旋结构热障涂层：根据等离子喷枪线速度、出粉速率以及变位机控制，逆时针和顺时针方向交错旋转调节热障涂层层间结合角度和层间有效结合面积，制备出具有双螺旋结构的热障涂层。2.根据权利要求1所述的双螺旋结构热障涂层制备工艺...

【专利技术属性】
技术研发人员：高培虎，陈白阳，金灿，李建平，杨忠，郭永春，郭巧琴，段洪波，杨伟，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：