【技术实现步骤摘要】
本专利技术是一种含损伤敏感型荧光层的双层结构热障涂层的制备方法，属于高温防护涂层制造。
技术介绍
1、热障涂层是航空发动机制造的关键材料，常用于防护高压涡轮叶片等热端部件，可以大幅提高发动机的工作温度和服役寿命。热障涂层为多层结构，传统的热障涂层最外层是氧化钇稳定的氧化锆(ysz)隔热层；中间与基体相连部分为粘结层(如nicocraly)，粘结层在高温下氧化形成一层氧化铝膜，既提高了与陶瓷层的结合力，又增加了基体的抗氧化能力。热障涂层应用中最大的挑战是保证涂层在服役过程中不发生剥落。热障涂层一旦剥落，涡轮叶片将直接暴露在高温燃气中(>1700℃)，容易造成灾难性的事故。一般来讲，热障涂层剥落是裂纹在氧化铝膜(tgo)界面附近萌生、扩展、耦合最终形成大面积剥落。因此，对涡轮叶片热障涂层裂纹的无损检测，对于发动机的服役安全和维护至关重要。然而，目前工业上常用的无损检测技术，如x-ct、超声波探伤等，或分辨率低，或检测时间长，无法直接应用于涡轮叶片热障涂层裂纹缺陷识别，给叶片热障涂层生产质量控制和维护造成严重困扰，亟待发展一种新的无损检测技术，能够应用于航空发动机涡轮叶片热障涂层裂纹缺陷的检测。
2、基于荧光成像技术的裂纹缺陷无损检测技术，它是在金属粘结层和ysz隔热层中间制备一层荧光层，采用入射光激发位于界面处的荧光层，如界面存在裂纹，则入射光可在界面裂纹处发生反射，并再次激发荧光信号，使得裂纹处的荧光强度远远高于无裂纹区域。通过ccd相机及适当的滤光片即可实现荧光成像，从图像的强度衬度即可判别裂纹位置。荧光层元素
技术实现思路
1、本专利技术正是针对上述荧光成像技术检测裂纹缺陷的需要和要求而设计提供了一种含损伤敏感型荧光层的双层结构热障涂层的制备方法，其目的是实现通过荧光成像信号对航空发动机涡轮叶片热障涂层的裂纹缺陷进行无损检测，并能够同时保障该热障涂层与基体的结合力和抗氧化能力，满足1300℃以上的高温氧化腐蚀环境下的使用要求。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
3、本专利技术技术方案所述的含损伤敏感型荧光层的双层结构热障涂层的制备方法，包括在镍基高温合金表面制备的nicocralyhf金属粘结层和ysz陶瓷面层，其特征在于：该制备方法是采用电子束物理气相沉积工艺，在金属粘结层的表面制备ysz:er,yb损伤敏感型的荧光陶瓷底层，然后在荧光陶瓷底层上制备ysz陶瓷面层，其中：
4、制备损伤敏感型的荧光陶瓷底层的固体原料为：ysz:er,yb靶材，靶材中er2o3的摩尔百分数为1％～3％，yb2o3的摩尔百分数为2％～4％，靶材纯度大于99％；
5、制备ysz陶瓷面层的固体原料为：6～8wt.％y2o3稳定zro2靶材；
6、该制备方法首先将工件置于ysz:er,yb靶材蒸汽内，对工件进行3min～5min的沉积形成荧光陶瓷底层，再将工件置于6～8wt.％y2o3稳定zro2靶材的蒸汽内进行ysz陶瓷面层的沉积。
7、在实施时，该制备方法包括对镍基高温合金的前处理，该前处理过程是采用1000目的砂纸预磨清除镍基高温合金表面的残留污渍，之后采用水吹砂机进行吹砂处理除去镍基高温合金表面氧化皮，砂砾粒径40μm～125μm，吹砂压力0.1mpa～0.3mpa，吹砂完成后，用自来水冲洗、去离子水浸泡、酒精脱水，最后吹干。
8、在实施时，在镍基高温合金表面制备nicocralyhf金属粘结层的工艺过程是将镍基高温合金工件至于真空电弧镀设备中，设备腔体抽真空直至10×10-2pa后沉积nicocralyhf金属粘结层，沉积工艺参数为：电弧电流650a，电弧电压30v，工件偏压10v，沉积时间100min，nicocralyhf金属粘结层的沉积厚度为20μm～30μm。
9、进一步，沉积nicocralyhf金属粘结层的金属靶材纯度大于99％。
10、在实施时，制备损伤敏感型的荧光陶瓷底层时，需要对工件进行预热，预热温度为900℃，然后将工件放置于ysz:er,yb靶材正上方，打开ysz:er,yb靶材蒸发电子束枪，将电流稳定在0.8a～0.1.2a，沉积荧光陶瓷底层至预定厚度后，关闭ysz:er,yb靶材蒸发电子束枪。进一步，荧光陶瓷底层的沉积厚度为10μm。
11、在实施时，制备ysz陶瓷面层时，将工件放置于ysz靶材正上方，打开ysz靶材蒸发电子束枪，将电流稳定在1.7a～2.1a，沉积ysz陶瓷面层至预定厚度后，关闭ysz靶材电子束枪，保持加热电子束枪继续开启2h后关闭，工件随后在沉积室中缓慢冷却4h～6h后取出。进一步，ysz陶瓷面层的沉积厚度为120μm。
12、本专利技术技术方案中所述的荧光陶瓷底层中，铒的重量百分含量为1.0at％，镱的含量为3.0at％，氧化钇的含量为8wt％，上述表达中，at％是指铒、镱在荧光陶瓷底层中的原子数百分比，wt％是指氧化钇在荧光陶瓷底层中的质量百分比；所述ysz陶瓷顶层中的氧化钇含量为为6～8wt％，wt％是指氧化钇在ysz陶瓷顶层中的质量百分比。
13、在实施时，制备荧光陶瓷底层和ysz陶瓷顶层是在同一真空室内连续进行。
14、本专利技术技术方案的特点及有益效果是：
15、1、采用ysz:er,yb作为损伤敏感型荧光层，研究得到合理的er2o3和yb2o3添加量，在高温长期热处理后没有相变发生，具有很高的相稳定性；荧光层的热膨胀系数与ysz比较接近，且具有较低的热导率和较好的断裂韧性。因此，在粘结层和ysz隔热层中间制备ysz:er,yb荧光层，既能实现检测裂纹损伤的功能，又不降低热障涂层的性能；
16、2、在ysz隔热层沉积完成后，采用加热电子束枪继续开启2h再关闭，工件在沉积室缓慢冷却4h～6h后取出的方法，可以起到缓解涂层内应力、降低涂层残余应力的作用，进一步提高涂层的抗热循环性能；
17、3、)基于ysz:er,yb靶材和ysz靶材的熔点差异，制备ysz:er,yb荧光层时采用较低的电子束流，制备ysz隔热层时采用较高的电子束流，既可以得到合理的涂层组织结构，又可以保证靶材熔池稳定，不产生飞溅，从而保证热障涂层的性能。
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1.一种含损伤敏感型荧光层的双层结构热障涂层的制备方法，包括在镍基高温合金表面制备的NiCoCrAlYHf金属粘结层和YSZ陶瓷面层，其特征在于：该制备方法是采用电子束物理气相沉积工艺，在金属粘结层的表面制备YSZ:Er,Yb损伤敏感型的荧光陶瓷底层，然后在荧光陶瓷底层上制备YSZ陶瓷面层，其中：
2.根据权利要求1所述的含有损伤敏感型荧光层的双层结构热障涂层制备方法，其特征在于：该制备方法包括对镍基高温合金的前处理，该前处理过程是采用1000目的砂纸预磨清除镍基高温合金表面的残留污渍，之后采用水吹砂机进行吹砂处理除去镍基高温合金表面氧化皮，砂砾粒径40μm～125μm，吹砂压力0.1MPa～0.3MPa，吹砂完成后，用自来水冲洗、去离子水浸泡、酒精脱水，最后吹干。
3.根据权利要求1或2所述的含有损伤敏感型荧光层的双层结构热障涂层制备方法，其特征在于：在镍基高温合金表面制备NiCoCrAlYHf金属粘结层的工艺过程是将镍基高温合金工件至于真空电弧镀设备中，设备腔体抽真空直至10×10-2Pa后沉积NiCoCrAlYHf金属粘结层，沉积工艺参数为：电弧电流
4.根据权利要求3所述的含有损伤敏感型荧光层的双层结构热障涂层制备方法，其特征在于：沉积NiCoCrAlYHf金属粘结层的金属靶材纯度大于99％。
5.根据权利要求1所述的含有损伤敏感型荧光层的双层结构热障涂层制备方法，其特征在于，制备损伤敏感型的荧光陶瓷底层时，需要对工件进行预热，预热温度为900℃，然后将工件放置于YSZ:Er,Yb靶材正上方，打开YSZ:Er,Yb靶材蒸发电子束枪，将电流稳定在0.8A～0.1.2A，沉积荧光陶瓷底层至预定厚度后，关闭YSZ:Er,Yb靶材蒸发电子束枪。
6.根据权利要求5所述的含有损伤敏感型荧光层的双层结构热障涂层制备方法，其特征在于，荧光陶瓷底层的沉积厚度为10μm。
7.根据权利要求1所述的含有损伤敏感型荧光层的双层结构热障涂层制备方法，其特征在于，制备YSZ陶瓷面层时，将工件放置于YSZ靶材正上方，打开YSZ靶材蒸发电子束枪，将电流稳定在1.7A～2.1A，沉积YSZ陶瓷面层至预定厚度后，关闭YSZ靶材电子束枪，保持加热电子束枪继续开启2h后关闭，工件随后在沉积室中缓慢冷却4h～6h后取出。
8.根据权利要求7所述的含有损伤敏感型荧光层的双层结构热障涂层制备方法，其特征在于，YSZ陶瓷面层的沉积厚度为120μm。
...【技术特征摘要】
1.一种含损伤敏感型荧光层的双层结构热障涂层的制备方法，包括在镍基高温合金表面制备的nicocralyhf金属粘结层和ysz陶瓷面层，其特征在于：该制备方法是采用电子束物理气相沉积工艺，在金属粘结层的表面制备ysz:er,yb损伤敏感型的荧光陶瓷底层，然后在荧光陶瓷底层上制备ysz陶瓷面层，其中：
2.根据权利要求1所述的含有损伤敏感型荧光层的双层结构热障涂层制备方法，其特征在于：该制备方法包括对镍基高温合金的前处理，该前处理过程是采用1000目的砂纸预磨清除镍基高温合金表面的残留污渍，之后采用水吹砂机进行吹砂处理除去镍基高温合金表面氧化皮，砂砾粒径40μm～125μm，吹砂压力0.1mpa～0.3mpa，吹砂完成后，用自来水冲洗、去离子水浸泡、酒精脱水，最后吹干。
3.根据权利要求1或2所述的含有损伤敏感型荧光层的双层结构热障涂层制备方法，其特征在于：在镍基高温合金表面制备nicocralyhf金属粘结层的工艺过程是将镍基高温合金工件至于真空电弧镀设备中，设备腔体抽真空直至10×10-2pa后沉积nicocralyhf金属粘结层，沉积工艺参数为：电弧电流650a，电弧电压30v，工件偏压10v，沉积时间100min，nicocralyhf金属粘结层的沉积厚度为20μm～30μm。
...【专利技术属性】
技术研发人员：牟仁德，刘德林，杨文慧，何利民，
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：
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