【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于陶瓷涂层，具体涉及一种碳化硅复合材料表面高结合强度强阻氧环境障涂层及其制备方法。
技术介绍
1、陶瓷环境障涂层广泛应用在燃气轮机、航空发动机和高超声速飞行器的燃烧室高温零部件表面提供隔绝高温空气和水蒸气的作用。现在越来越多的高温零件使用的碳化硅复合材料进行制备，通过大气等离子喷涂的方式在碳化硅复合材料零件表面制备陶瓷环境障涂层，从而有效隔绝高温工作环境中的空气和水蒸气与其接触，导致碳化硅复合材料基底氧化失效。但是由于陶瓷层与碳化硅复合材料基底之间的结合强度弱（小于10mpa），在服役过中陶瓷环境障涂层容易剥落失效，现有技术在陶瓷层与基底之间制备硅粘结层来提高两者的结合强度（达到20-30 mpa）。然而随着燃烧室工作温度和叶片旋转速度的提高，对于陶瓷涂层的结合强度提出来更高的要求。陶瓷涂层与碳化硅复合材料基底的结合强度直接关系到其服役寿命。因此如何提高碳化硅复合材料表面陶瓷环境障涂层的结合强度是当前研究工作的重点。此外，大气等离子喷涂制备的陶瓷环境障涂层的具有一定的气孔率（10~18%），高温氧气和水蒸气可以通过气孔与碳化硅复合材料接触导致其氧化失效，而制备具有高致密度强阻氧特性的环境障涂层材料是有效保护碳化硅复合材料基底的关键。
技术实现思路
1、本专利技术的第一目的是提供一种碳化硅复合材料表面高结合强度强阻氧环境障涂层，本专利技术的第二目的是提供所述碳化硅复合材料表面高结合强度强阻氧环境障涂层的制备方法。
2、本专利技术的第一目的是这样实现的，一种碳化
3、所述金属粘结层材料为钽，厚度为150~200μm，气孔率小于2%；
4、金属钽粘结层制备后通过高温氧化在其表面形成氧化钽阻氧层，所述氧化钽阻氧层厚度小于1μm；
5、所述氧化钽/钽酸盐复合过渡层由ta2o5和mtao4组成，其中ta2o5的质量分数为21~35%，涂层厚度为50~120μm，气孔率小于3%；
6、所述钽酸盐环境障涂层材料为mtao4，厚度为60~100μm，气孔率小于5%；
7、其中，所述氧化钽/钽酸盐复合过渡层与高环境障涂层中m为同一元素，为sc和al中的一种。
8、本专利技术的第二目的是这样实现的，所述碳化硅复合材料表面高结合强度强阻氧环境障涂层的制备方法，按以下步骤实现：
9、1）通过大气等离子喷涂在碳化硅复合材料表面喷涂所述厚度的钽金属粘结层；大气等离子喷涂的工艺参数为：喷枪功率为32~40 kw，喷枪距离为130~260mm，氩气和氢气的气流量分别为35/12和35/13slpm，进料速度为36~50 g/min，喷枪速度为100~300 mm/s，喷涂时间为1~3min；
10、2）制备金属钽粘结层后将其在100~200℃保温1~3 h后在其表面获得氧化钽阻氧层；
11、3）在氧化钽阻氧层表面通过大气等离子喷涂氧化钽/钽酸盐复合过渡层；大气等离子喷涂工艺参数为：喷枪功率为43~50kw，喷枪距离为130~200mm，氩气和氢气的气流量分别为43/12和41/13slpm，进料速度为40~52g/min，喷枪速度为160~300 mm/s，喷涂时间为2~5 min；
12、4）在氧化钽/钽酸盐复合过渡层表面通过大气等离子喷涂钽酸盐环境障涂层；大气等离子喷涂工艺参数为：喷枪功率为46~55kw，喷枪距离为100~230 mm，氩气和氢气的气流量分别为43/12和41/13slpm，进料速度为45~52g/min，喷枪速度为200~300 mm/s，喷涂时间为3~6 min。
13、金属钽（6.5×10-6k-1）与碳化硅复合材料（6.0×10-6k-1）具有相近的热膨胀系数，因此两者之间不存在热膨胀系数差导致的开裂和结合强度低的问题，能够有效提高粘结层金属钽与碳化硅复合材料基底的结合强度；通过高温氧化的方式在钽金属层表面获得连续致密的氧化钽阻氧层一是能够提高结合强度，二是能够提供优异的阻氧特性；
14、采用氧化钽（ta2o5）和mtao4（m=al, sc）组成的的复合材料作为过渡层可以获得和氧化钽阻氧层接近的热膨胀系数，防止由于层与层之间的热膨胀系数失配导致结合强度不足；所使用的氧化钽粉末为纳米粉体通过大气等离子喷涂后可以有效填补涂层内部空隙降低孔隙率，进一步地提高涂层结合强度和抗氧化性能；
15、氧化钽阻氧层、氧化钽（ta2o5）/mtao4（m=al, sc）复合过渡层和钽酸盐环境障涂层之间具有相似的热膨胀系数、充足的钽元素，因此三者之间在高温服役环境下不会发生相互扩散的情况导致涂层失效剥落，提高整体涂层体系的结合强度；同时本专利技术制备的氧化钽阻氧层、复合过渡层和钽酸盐环境障涂层材料是无缺陷型晶格，具有极低的氧离子传输速率结合极低的气孔率，能够进一步增强其阻氧特性。
16、本专利技术制备的碳化硅复合材料表面环境障涂层具有强阻氧和高结合强度的特性，能够一定程度上解决当前碳化硅涂层材料存在的结合强度低和易氧化失效的问题。
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1.一种碳化硅复合材料表面高结合强度强阻氧环境障涂层，其特征在于，自下而上依次由钽金属粘结层、氧化钽阻氧层、氧化钽/钽酸盐复合过渡层及钽酸盐环境障涂层组成；所述陶瓷环境障涂层与碳化硅复合材料基底的结合强度大于30 MPa，气孔率小于5%；
2.根据权利要求1所述镍基合金表面高结合强度陶瓷热障涂层，其特征在于，所述Ta2O5为球形粉体，粒径小于10nm。
3.权利要求1所述碳化硅复合材料表面高结合强度强阻氧环境障涂层的制备方法，其特征在于，按以下步骤实现：
4.根据权利要求3所述碳化硅复合材料表面高结合强度强阻氧环境障涂层的制备方法，其特征在于，步骤3中，喷涂前将氧化钽粉末与钽酸盐球形粉体球磨混合，球磨转速为200~600 rpm，球磨时长为3~8 h。
【技术特征摘要】
1.一种碳化硅复合材料表面高结合强度强阻氧环境障涂层，其特征在于，自下而上依次由钽金属粘结层、氧化钽阻氧层、氧化钽/钽酸盐复合过渡层及钽酸盐环境障涂层组成；所述陶瓷环境障涂层与碳化硅复合材料基底的结合强度大于30 mpa，气孔率小于5%；
2.根据权利要求1所述镍基合金表面高结合强度陶瓷热障涂层，其特征在于，所述ta2o5为球形粉体，...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯晶，陈琳，张迪，王建坤，张陆洋，颜士肖，孙晓亮，刘驰，许斌，田将，李柏辉，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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