【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于腐蚀防护，具体涉及一种抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着航空发动机向高推重比、高燃油效率的方向发展，发动机涡轮进口的温度不断增加，预计将达到1400℃及以上，这已超过了高温合金的承温极限。sic-cmc（碳化硅-陶瓷基复合材料）具有低密度、耐高温、抗氧化以及抗蠕变等优点，有望成为替代高温合金的理想材料。然而，在实际服役环境下，水蒸气-氧气以及钙镁铝硅酸盐（cao-mgo-al2o3-sio2化合物，简称cmas）腐蚀介质会导致sic-cmc热端部件腐蚀失效。
2、为保障热端部件的服役可靠性，热/环境障涂层（thermal/environmentalbarrier coatings，t/ebcs）设计应运而生，该涂层体系包括硅粘结层、稀土硅酸盐中间层以及以稀土锆酸盐和铪酸盐为代表的面层（tbc），其中，硅粘结层可以缓解应力不匹配，并生成sio2，阻止氧扩散；稀土硅酸盐能阻止高温水蒸气对sic-cmc的腐蚀；tbc可减轻cmas的影响，同时提供隔热性能。由于tbc作为t/ebcs的最外层，会直接暴露在高温和腐蚀环境中，因此对于高温热腐蚀的耐受性要求更高，但是现有t/ebcs的tbc材料在面临复杂的热物理化学和应力环境下，无法同时满足隔热和抵抗极端环境能力的问题。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料及其制备方法和应用，用以
2、为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
3、本专利技术的第一个方面，公开了一种抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料，以摩尔百分比计，包括3%~14%的y2o3、1%~3%的gd2o3和1%~3%的yb2o3，余量为hfo2。
4、优选地，y2o3、gd2o3、yb2o3和hfo2的颗粒尺寸为20~80 nm。
5、本专利技术的第二个方面，公开了上述一种抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料的制备方法，分别称取y2o3、yb2o3、gd2o3和hfo2粉末混匀，球磨、高温固相反应法处理、冷却、粉碎、过筛，得到抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料。
6、优选地，球磨时，采用无水乙醇或去离子水作为分散介质。
7、优选地，球磨时间为10~24 h。
8、优选地，高温固相反应法的反应条件为在1200~1450℃保温1~5 h。
9、优选地，高温固相反应的反应气氛为空气或氮气。
10、本专利技术的第三个方面，公开了上述抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料在航空航天和能源领域中的应用。
11、本专利技术的第四个方面，公开了上述抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料在发动机燃气环境中的应用。
12、本专利技术的第五个方面，公开了一种抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层，面层由上述抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料喷涂形成。
13、本专利技术的第六个方面，公开了一种航空发动机，航空发动机的热端部件表面喷涂有上述抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层。
14、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
15、本专利技术提供的一种抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料，通过将主稀土氧化物掺杂剂y2o3、双辅稀土氧化物掺杂剂gd2o3和yb2o3这几种稀土混入作为基体的hfo2中，能够形成综合性能优异的多元稀土氧化铪结构，不仅可以阻止cmas进一步渗透，而且有助于材料在极端温度条件下的长期使用。将该材料喷涂至基体表面，形成的涂层结构以hfo2为基体，以稀土氧化物（y2o3、yb2o3、gd2o3）为多元固溶体，hfo2本身在高温下稳定，并且具有较高的熔点和耐腐蚀性能；稀土氧化物的掺入会使cmas腐蚀后在材料表面形成一层致密的氧化膜，提升抗氧化和抗腐蚀性能。该结构中，y2o3作为主稀土掺杂剂，能够有效提高材料的机械强度和高温稳定性；yb2o3和gd2o3作为双辅稀土掺杂剂，进一步增强了材料的抗氧化性和耐高温性能。通过实验证明，由该材料形成的涂层呈现氧空位无序排列的缺陷萤石结构（空间群fm3m，no.227），且多组元固溶效应将双辅稀土元素gd和yb稳定到了由主稀土元素y主导的缺陷萤石结构中，使得多元稀土氧化铪缺陷萤石结构性能得到综合优化。
16、相比于热障涂层常用的面层材料稀土锆酸盐，本方法的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料形成的涂层具有更高的熔点、较低的热导率、更优异的高温相稳定性以及与sic-cmc复合材料更匹配的热膨胀系数等特点，在作为最外层的tbc应用时展现出更大的优势，通过掺杂比例的合理调控、稀土氧化物的协同作用以及hfo2基体的高温稳定性，使得该材料形成的涂层在恶劣的工作环境中能够有效抵御砂尘腐蚀，从而保证航空发动机部件、涡轮叶片等关键部件的性能和可靠性。
17、本专利技术提供的上述抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料的制备方法，采用高温固相反应法合成多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料，制备的材料颗粒较小，粉体蓬松，不易发生团聚、填充性好，具有操作简单、生产量大和工序少等优势。
18、本专利技术提供的一种抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层，以抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料作为面层，具有高的熔点、低的热导率、优异的高温相稳定性以及与sic-cmc复合材料更匹配的热膨胀系数，稀土氧化物的掺杂经cmas腐蚀后可以在hfo2基体表面形成坚固的氧化物膜，保护基体免受熔融砂尘的腐蚀，同时稀土元素的掺入还可以改变材料的微观结构，增强其抗腐蚀性能，能够有效保护基体材料。
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1.一种抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料，其特征在于，以摩尔百分比计，包括3%~14%的Y2O3、1%~3%的Gd2O3和1%~3%的Yb2O3，余量为HfO2。
2. 根据权利要求1所述的一种抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料，其特征在于，Y2O3、Gd2O3、Yb2O3和HfO2的颗粒尺寸为20~80 nm。
3.权利要求1或2所述的一种抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料的制备方法，其特征在于，分别称取Y2O3、Yb2O3、Gd2O3和HfO2粉末混匀，球磨、高温固相反应法处理、冷却、粉碎、过筛，得到抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料。
4.根据权利要求3所述的一种抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料的制备方法，其特征在于，球磨时，采用无水乙醇或去离子水作为分散介质。
5. 根据权利要求3所述的一种抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料的制备方法，其特征在于，高温固相反应法的反应条件为在1200~1450℃保温1~5 h。
6.根据权利要
7.权利要求1或2所述的抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料或权利要求3~6任意一项所述的制备方法制得的抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料在航空航天和能源领域中的应用。
8.权利要求1或2所述的抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料或权利要求3~6任意一项所述的制备方法制得的抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料在发动机燃气环境中的应用。
9.一种抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层，其特征在于，面层由权利要求1或2所述的抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料喷涂形成。
10.一种航空发动机，其特征在于，航空发动机的热端部件表面喷涂有权利要求9所述的抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层。
...【技术特征摘要】
1.一种抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料，其特征在于，以摩尔百分比计，包括3%~14%的y2o3、1%~3%的gd2o3和1%~3%的yb2o3，余量为hfo2。
2. 根据权利要求1所述的一种抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料，其特征在于，y2o3、gd2o3、yb2o3和hfo2的颗粒尺寸为20~80 nm。
3.权利要求1或2所述的一种抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料的制备方法，其特征在于，分别称取y2o3、yb2o3、gd2o3和hfo2粉末混匀，球磨、高温固相反应法处理、冷却、粉碎、过筛，得到抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料。
4.根据权利要求3所述的一种抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料的制备方法，其特征在于，球磨时，采用无水乙醇或去离子水作为分散介质。
5. 根据权利要求3所述的一种抗熔融砂尘腐蚀的多元掺杂氧化铪热/环境障涂层材料的制备方法，其特征在于，高温固相反应法...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘梅军，李昌盛，昝垚旭，杨冠军，董琳，黄璐，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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