【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种微层叠类柱状结构同质陶瓷涂层的制备方法，属于热喷涂涂层。
技术介绍
1、在航空发动机、燃气轮机等动力能源装置中，热障涂层作为涡轮、透平热端部件的技术关键之一，为保障其长寿命、可靠服役发挥着至关重要的作用。通常，热障涂层由依次沉积于高温合金部件基材表面的高温抗氧化结合层和高熔点、低热导陶瓷层组成，在结合层/陶瓷层界面还存在一层经历高温后逐步生长形成的热生长氧化物层(tgo)。研究显示，热障涂层的失效大多发端于tgo/陶瓷层界面及其附近30～50μm区域的陶瓷层，因此，维持tgo的结构完整性对控制该区域的微裂纹萌生与扩展极其重要。其中的一项有效手段是优化陶瓷层的隔热性能。在维持同样的陶瓷层厚度条件下，面向同样来流温度，能使tgo/陶瓷层界面及其附近区域维持在较低的可靠工作温度范围；若面向更高的来流温度，也能保障tgo/陶瓷层界面及其附近区域维持在可承受的温度区间。
2、在陶瓷层中的传热主要通过传导和辐射两种方式，而且随着涂层表面温度的升高，辐射传热份额提升明显。有资料显示，分别以大气等离子体喷涂(aps)或电子束-物理气相沉积(eb-pvd)技术制备的同质或异质微层叠结构陶瓷层的隔热性能均得到有效改善。
3、等离子体-物理气相沉积(ps-pvd)技术是继aps和eb-pvd之后发展起来的新技术，兼具了aps工艺的高沉积速率和eb-pvd工艺的涂层柱状结构特征，可获得较低热导率且抗热冲击性能优的类柱状结构热障涂层，同时结合非视线式沉积特点，使得ps-pvd工艺在航机/燃机的多联体导向叶片用热障
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种微层叠类柱状结构同质陶瓷涂层的制备方法，其是采用ps-pvd技术，在高温合金基材的合金结合层表面构建微层叠、类柱状结构的zro2-y2o3陶瓷涂层。
2、一方面，本专利技术提供了一种微层叠类柱状结构同质陶瓷涂层，包括：合金基材，以及依次形成合金基材表面的合金结合层和zro2-y2o3陶瓷涂层；所述zro2-y2o3陶瓷涂层为具有微层叠类柱状结构的氧化钇部分稳定氧化锆涂层；优选地，所述微层叠类柱状结构中单层微层的厚度为500nm～1.5μm。
3、较佳的，所述合金结合层为mcralx高温抗氧化结合层，其中m＝co或/和ni，x＝y、si、hf、ta中的至少一种。
4、在本专利技术中，mcralx合金涂层表面易在高温下形成一层致密且氧扩散系数低的α-al2o3 tgo，使其具有优良的高温抗氧化性能，而且mcralx合金涂层还可调适陶瓷层和高温合金基体之间的热膨胀匹配性，确保陶瓷层与基材的有效结合。
5、较佳的，所述的mcralx合金涂层表面粗糙度ra为0.1～3μm，优选为0.1～1μm；所述mcralx合金涂层的厚度为60～230μm。
6、较佳的，所述zro2-y2o3陶瓷涂层的相组成为氧化钇部分稳定氧化锆的介稳四方相，即t′相；优选地，y2o3的掺杂含量为7wt.％～8wt.％，更优选为7.5wt.％；优选地，所述zro2-y2o3陶瓷涂层厚度为50～350μm。
7、在本专利技术中，zro2-y2o3陶瓷涂层，尤其是7wt.％～8wt.％y2o3稳定的zro2，具有高熔点、低热导以及独具特色的铁弹性相变增韧特性，使其成为热障涂层陶瓷层的首选材料
8、较佳的，所述合金基材包括多晶镍基合金基材、单晶镍基合金基材、单晶钴基合金基材和多晶钴基合金基材中的一种。
9、另一方面，本专利技术提供了一种微层叠类柱状结构同质陶瓷涂层的制备方法，包括：将zro2-y2o3软团聚粉体，采用等离子体-物理气相沉积(ps-pvd)技术在带有合金结合层的高温合金基体表面沉积，得到zro2-y2o3陶瓷涂层。
10、较佳的，所述zro2-y2o3软团聚粉体的化学组成为y2o3：7wt.％～8wt.％，余量为zro2；优选地，软团聚粉体的化学组成为y2o3：7.5wt.％，余量为zro2。
11、较佳的，所述zro2-y2o3陶瓷涂层所用喷涂粉体为微纳米尺度的立方相y2o3和单斜相zro2原粉经充分混合造粒形成的zro2-y2o3软团聚粉体；
12、优选地，所述zro2-y2o3软团聚粉体的粒度分布范围为1～30μm。
13、较佳的，所述等离子体-物理气相沉积(ps-pvd)技术的参数包括：
14、采用ar+he为等离子体气体，喷枪净功率为50～67kw，喷涂距离分别为900～1200mm；或者，采用ar+h2+he为等离子体气体，喷枪净功率65～75kw，喷涂距离为750～1000mm。
15、较佳的，通过持枪机械手程序控制，控制热喷枪的速度为0.3-0.8m/s，送粉状态等离子体对流扫过喷涂工件一个来回记为1遍；每5～10遍，控制热喷枪使得喷枪射流离开样品表面1～3s；如此重复，连续喷涂多次，最终得到微层叠类柱状结构的zro2-y2o3陶瓷涂层。较佳的，采用热喷涂、冷喷涂或激光熔覆工艺在合金基材表面沉积合金结合层。
16、本专利技术的有益效果：
17、(1)在高温合金基材合金结合层表面，采用等离子体-物理气相沉积(ps-pvd)工艺配合持枪机械手的走枪程序控制，通过工艺参数的调控，制备具有微叠层厚度范围约为500nm～1.5μm的类柱状结构zro2-y2o3陶瓷涂层，且成分分布均匀；
18、(2)通过工艺优化，所制备的zro2-y2o3陶瓷涂层呈单一的介稳四方相(t'-zro2)，未观察到单斜相(m-zro2)。所制备的微层叠类柱状结构陶瓷涂层在近红外波段(760nm～1500nm)反射率(0.89～0.95)，比无层叠类柱状结构陶瓷涂层(0.72～0.86)要高，呈现更优的抗辐射传热特性，对阻滞辐射传热呈现优势，可望用于面向更高来流温度的航空发动机和工业燃气轮机叶片的高温热防护。
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1.一种微层叠类柱状结构同质陶瓷涂层，其特征在于，包括：高温合金基材，以及依次形成高温合金基材表面的合金结合层和ZrO2-Y2O3陶瓷涂层；
2.根据权利要求1所述的微层叠类柱状结构同质陶瓷涂层，其特征在于，所述合金结合层为MCrAlX高温抗氧化结合层，其中M＝Co或/和Ni，X＝Y、Si、Hf、Ta中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的微层叠类柱状结构同质陶瓷涂层，其特征在于，所述的MCrAlX合金涂层表面粗糙度Ra为0.1～3μm，优选为0.1～1μm；
4.根据权利要求1-3中任一项所述的微层叠类柱状结构同质陶瓷涂层，其特征在于，所述ZrO2-Y2O3陶瓷涂层的相组成为氧化钇部分稳定氧化锆的介稳四方相，即t′相；
5.根据权利要求1-4中任一项所述的微层叠类柱状结构同质陶瓷涂层，其特征在于，所述高温合金基材包括多晶镍基合金基材、单晶镍基合金基材、单晶钴基合金基材和多晶钴基合金基材中的一种。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的微层叠类柱状结构同质陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，包括：将ZrO2-Y2O3软团
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述ZrO2-Y2O3软团聚粉体的化学组成为Y2O3：7wt.％～8wt.％，余量为ZrO2；
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述等离子体-物理气相沉积(PS-PVD)技术的参数包括：
9.根据权利要求6-8中任一项所述的制备方法，其特征在于，通过持枪机械手程序控制，控制热喷枪的速度为0.3-0.8m/s，送粉状态等离子体对流扫过喷涂工件一个来回记为1遍；每5～10遍，控制热喷枪使得喷枪射流离开样品表面1～3s；如此重复，连续喷涂多次，最终得到微层叠类柱状结构的ZrO2-Y2O3陶瓷涂层。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的制备方法，其特征在于，采用热喷涂、冷喷涂或激光熔覆工艺在高温合金基材表面沉积合金结合层。
...【技术特征摘要】
1.一种微层叠类柱状结构同质陶瓷涂层，其特征在于，包括：高温合金基材，以及依次形成高温合金基材表面的合金结合层和zro2-y2o3陶瓷涂层；
2.根据权利要求1所述的微层叠类柱状结构同质陶瓷涂层，其特征在于，所述合金结合层为mcralx高温抗氧化结合层，其中m＝co或/和ni，x＝y、si、hf、ta中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的微层叠类柱状结构同质陶瓷涂层，其特征在于，所述的mcralx合金涂层表面粗糙度ra为0.1～3μm，优选为0.1～1μm；
4.根据权利要求1-3中任一项所述的微层叠类柱状结构同质陶瓷涂层，其特征在于，所述zro2-y2o3陶瓷涂层的相组成为氧化钇部分稳定氧化锆的介稳四方相，即t′相；
5.根据权利要求1-4中任一项所述的微层叠类柱状结构同质陶瓷涂层，其特征在于，所述高温合金基材包括多晶镍基合金基材、单晶镍基合金基材、单晶钴基合金基材和多晶钴基合金基材中的一种。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的微层叠类柱状结构同...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨加胜，赵华玉，邵芳，庄寅，倪金星，盛靖，钟兴华，陶顺衍，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：
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