一种热障涂层的制备方法及所制得的热障涂层技术

本发明专利技术公开了一种热障涂层的制备方法及所制得的热障涂层，该方法采用由锆盐和钇盐组成的溶液前驱体作为喷涂原料，所述溶液前驱体经过二流式雾化喷嘴雾化成液滴送入等离子射流，经过等离子射流加热、加速并沉积在基体上形成热障涂层。所述热障涂层为纳米结构，且具有垂直裂纹结构。本发明专利技术以溶液前驱体液料取代团聚粉末作为喷涂原料，大大简化了传统大气等离子喷涂制备涂层的繁琐工艺环节，涂层制备工艺流程少，提高了生产率并降低了成本，且涂层结构可控，能够实现工艺化生产。采用本发明专利技术制备的涂层消除了传统等离子喷涂涂层中的缺陷，可以制备出满足特殊要求的高性能涂层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热障涂层的制备技木。更特别地说是以溶液前驱体替代常规等离子喷涂エ艺中团结粉末制备具有垂直裂纹结构，且孔隙均匀分布的纳米结构热障涂层的方法。
技术介绍
热障涂层(TBCs)是利用陶瓷材料优越的耐高温、抗腐蚀和低导热性能，以涂层的方式将陶瓷与金属基体相复合，提高金属热端部件的工作温度，增强热端部件的抗高温氧化能力和抗腐蚀能力，延长热端部件使用寿命，提高发动机效率的ー种表面防护技术。在发动机工作温度下，叶片表面温度每降低15°C将使叶片的蠕变寿命延长约I倍；隔热温度每提高40 100°C，将延长叶片寿命3 4倍；涡轮发动机的进ロ温度每提高100°C，其功率将提高20%左右，而且可以减少油耗达20%以上，因此,其在航空、汽车和大型火力发电等方面都有广泛而重大的应用价值。目前，热障涂层制备技术主要为电子束物理气相沉积(EB-PVD)和大气等离子喷涂(APS)。EB-PVD制备的热障涂层与基体结合强度高，且涂层为柱状晶结构，因此，涂层具有高应变容限，从而使EB-PVD涂层具有更高使用寿命。传统APS制备的热障涂层为层状结构，涂层隔热性能优于EB-PVD涂层，但是，层间裂纹导致片层之间结合薄弱，使涂层抗热震性能降低。调查表明，采用传统APS制备的具有类似柱状晶结构的垂直裂纹结构热障涂层抗热震性能明显优于APS制备的常规结构涂层，然而，传统APS制备的具有垂直裂纹结构热障涂层致密度高，导致涂层隔热性能降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出ー种具有垂直裂纹结构热障涂层的制备方法，该方法以溶液前驱体为原料，溶液前驱体在等离子射流中经过溶剂挥发、溶质析出、高温分解及熔化等一系列变化过程，沉积在基体上形成具有垂直裂纹结构热障涂层。为实现上述目的，本专利技术提出ー种热障涂层的制备方法，采用由锆盐和钇盐组成的溶液前驱体作为喷涂原料，所述溶液前驱体通过二流式雾化喷嘴送入等离子射流，并沉积在基体上形成热障涂层。其中，所述热障涂层制备步骤包括步骤I :将一定量稳定剂前驱体硝酸钇加入醋酸锆水溶液中，以最终形成的YSZ计算，溶液总浓度控制在9 23wt%之间；步骤2 :调节溶液前驱体PH值在3 4之间，并在室温下不断搅拌，使硝酸钇充分溶解并混合均匀后得溶液前驱体。步骤3 :将步骤2制备好的溶液前驱体置于容器I中，利用计量泵3作为传输动カ装置，所述溶液前驱体通过与计量泵相连接的传输管路2送入二流式雾化喷嘴4 ；步骤4 :采用二流式雾化喷嘴4将溶液前驱体雾化后送入等离子射流7，所述二流式雾化喷嘴中雾化气压力通过与气体传输管路6相连气体调压阀5控制，所述溶液前驱体在等离子射流7中经过溶剂挥发、溶质析出、高温分解、熔化等过程后沉积在高温合金或不锈钢基体8上形成热障涂层9。其中，所述溶液前驱体原料为醋酸锆和硝酸钇。其中，所述溶液前驱体原料可以为锆的羧酸盐、氯氧化盐或醇盐与钇的羧酸盐、氯化盐或硝酸盐。其中，所述二流式雾化喷嘴雾滴发散角度为10 22°。其中，所述二流式雾化喷嘴所用雾化气压力为O. I O. 2MP·a。本专利技术提出的上述热障涂层的制备方法所制得的热障涂层为纳米结构，且具有垂直裂纹结构。本专利技术以溶液前驱体液料取代团聚粉末作为喷涂原料，大大简化了传统大气等离子喷涂团聚粉末原料制备涂层的繁琐工艺，涂层制备工艺流程少，提高了生产率和降低了成本，涂层结构可控，能够实现工艺化生产。并且，消除了传统等离子喷涂涂层的缺陷，可以制备出满足特殊要求的高性能涂层。附图说明图I为采用本专利技术制备热障涂层工艺流程示意2a及图2b为本专利技术实施例I制备的热障涂层相结构和表面形貌；图3a及图3b为本专利技术实施例2制备的热障涂层不同放大倍率的微观结构；图4a及图4b为本专利技术实施例3制备的热障涂层不同放大倍率的微观结构；图5a及图5b为本专利技术实施例4制备的热障涂层不同放大倍率的微观结构。其中，附图标记I :容器2 :传输管路3 :计量泵4 :二流式雾化喷嘴5 :气体调压阀 6 :气体输送管路7 :射流8 :基体9 :热障涂层具体实施例方式为了更清楚地说明本专利技术，结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步详细说明，但本专利技术的内容不仅限于实施例中所涉及的内容。本专利技术是针对粉末等离子喷涂制备热障涂层技术中存在的缺陷，提出的一种溶液前驱体等离子喷涂制备热障涂层的新方法，该方法以溶液前驱体取代团聚性微米粉末作为喷涂原料，直接以锆盐和钇盐溶液前驱体为等离子喷涂原料。其中，溶液前驱体通过二流式雾化喷嘴将溶液前驱体雾化后送入等离子射流，并与等离子射流发生热交换，溶液前驱体在等离子射流中经过溶剂挥发、溶质析出、高温分解、熔化等过程，最后沉积在基体上形成具有垂直裂纹、无横向层间裂纹且孔隙均匀分布的新型结构热障涂层。并且，本专利技术采用二流式雾化喷嘴输送溶液前驱体，确保雾化后液滴能送入等离子射流的合适位置，从而在涂层制备过程中有效控制溶液前驱体高温分解过程，得到理想结构热障涂层。图I为采用本专利技术制备热障涂层工艺流程示意图，以下结合图I说明本专利技术热障涂层制备方法的技术方案。本专利技术所提出的热障涂层制备方法的技术方案是采用由锆盐和钇盐组成的溶液前驱体作为喷涂原料，所述溶液前驱体经过二流式雾化喷嘴雾化成细小液滴送入等离子射流，并沉积在基体上形成热障涂层。其中，所述溶液前驱体制备步骤包括步骤I :将一定量稳定剂硝酸钇加入醋酸锆水溶液中，以最 终形成的氧化钇部分稳 定氧化锆(YSZ)计算，溶液浓度控制在9 23wt%之间；以及步骤2 :控制溶液前驱体PH值在3 4之间，并在室温下不断搅拌，使硝酸钇充分溶解并混合均匀后得溶液前驱体。其中，步骤2后还包括步骤3 :将步骤2制备好的溶液前驱体置于容器I中，利用计量泵3作为传输动力装置，所述溶液前驱体通过与计量泵相连接的传输管路2送入二流式雾化喷嘴4中，所述二流式雾化喷嘴中雾化气压力通过与气体输送管路6相连接的气体调压阀5来控制；以及步骤4 :采用二流式雾化喷嘴4将溶液前驱体雾化后送入等离子射流7。其中，步骤4后还包括步骤5 :以所述溶液前驱体为喷涂原料，所述溶液前驱体在等离子射流7中经过溶剂挥发、溶质析出、高温分解、熔化等过程后沉积在高温合金或不锈钢基体8上形成热障涂层9。其中，所述溶液前驱体原料为醋酸锆和硝酸钇。其中，所述溶液前驱体原料可以为锆的羧酸盐、氯氧化盐或醇盐与钇的羧酸盐、氯化盐或硝酸盐。其中，所述二流式雾化喷嘴雾滴发散角度较佳为10 22°。其中，所述二流式雾化喷嘴所用雾化气压力较佳为O. I O. 2MPa。而且，本专利技术提出了上述热障涂层的制备方法所制得的热障涂层。所述热障涂层为纳米结构，且具有垂直裂纹结构。具体而言，本专利技术提出的溶液前驱体等离子喷涂制备新型结构热障涂层的方法可依次按如下步骤进行I.溶液前驱体制备(I)称取一定量硝酸钇加入醋酸锆溶液中，控制最终产物中氧化钇在氧化锆中掺杂量为7 8wt%，控制最终溶液浓度在9 23%之间；(2)控制步骤(I)溶液前驱体PH = 3 4之间，充分搅拌形成溶液前驱体。2.溶液前驱体的输送(I)将上述制备的溶液前驱置于容器I中，利用计量泵3作为传输动力装置，所述溶液前驱体通过与计量泵3相连接的传输管路2送入二流式雾化喷嘴4中；二流式雾化喷嘴4中雾化气压力通过与气体输送管路6相连接的气体调压阀5来控制，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热障涂层的制备方法，其特征在于，采用由锆盐和钇盐组成的溶液前驱体作为喷涂原料，所述溶液前驱体经过二流式雾化喷嘴雾化成液滴送入等离子射流，并喷涂沉积在基体上形成热障涂层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪瑞军，王世兴，王伟平，刘毅，吕玉芬，
申请(专利权)人：中国农业机械化科学研究院，北京金轮坤天特种机械有限公司，
类型：发明
国别省市：