一种抗火山灰侵蚀的多层热障涂层制造技术

本发明专利技术涉及一种抗火山灰侵蚀的多层热障涂层，包括：依次形成于高温合金基材上的高温抗氧化粘结层、陶瓷底层、陶瓷过渡层和抗火山灰侵蚀陶瓷面层，所述陶瓷底层由氧化钇部分稳定的氧化锆组成，所述陶瓷过渡层由氧化钇稳定的氧化锆组成，所述陶瓷过渡层中氧化钇的百分含量高于所述陶瓷底层中的氧化钇的百分含量，所述抗火山灰侵蚀陶瓷面层由氧化钇组成。多层热障涂层与火山灰高温反应后，火山灰与抗火山灰侵蚀陶瓷面层发生化学反应，消耗火山灰中的活性成分或者在抗火山灰侵蚀陶瓷面层中形成渗透扩散阻碍层，阻止火山灰侵蚀陶瓷底层，可以有效地控制陶瓷底层不被火山灰高温侵蚀，大幅度提高热障涂层的抗侵蚀性能，提高热障涂层的服役寿命。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种抗火山灰侵蚀的多层热障涂层，包括：依次形成于高温合金基材上的高温抗氧化粘结层、陶瓷底层、陶瓷过渡层和抗火山灰侵蚀陶瓷面层，所述陶瓷底层由氧化钇部分稳定的氧化锆组成，所述陶瓷过渡层由氧化钇稳定的氧化锆组成，所述陶瓷过渡层中氧化钇的百分含量高于所述陶瓷底层中的氧化钇的百分含量，所述抗火山灰侵蚀陶瓷面层由氧化钇组成。多层热障涂层与火山灰高温反应后，火山灰与抗火山灰侵蚀陶瓷面层发生化学反应，消耗火山灰中的活性成分或者在抗火山灰侵蚀陶瓷面层中形成渗透扩散阻碍层，阻止火山灰侵蚀陶瓷底层，可以有效地控制陶瓷底层不被火山灰高温侵蚀，大幅度提高热障涂层的抗侵蚀性能，提高热障涂层的服役寿命。【专利说明】一种抗火山灰侵蚀的多层热障涂层
本专利技术涉及一种抗火山灰侵蚀多层热障涂层，属无机材料热防护
。
技术介绍
20世纪40年代以来，航空发动机涡轮叶片材料从锻造合金到铸造合金，再从定向凝固合金发展到单晶合金，其使用温度已接近金属的耐热极限。热障涂层是由高温抗氧化合金粘结层和陶瓷表面层组成的涂层系统，陶瓷层借助于合金粘结层与金属基底联接，粘结层还可对基底起到抗高温氧化的作用。陶瓷层是具备耐高温、低导热等特性的热障涂层，不仅阻止外部环境热量向金属基底传递以提高发动机的推力和热效率，减少燃油消耗，而且可以延长热端部件的使用寿命。目前采用的热障涂层结构基本上为陶瓷层与粘结层所构成的多层结构。ZrO2基陶瓷是目前应用最为广泛的热障涂层材料，其中，Ca0、Mg0、Ce02、Sc203或Y2O3部分稳定的ZrO2是较适合的热障涂层材料。ZrO2具有高熔点、良好的高温化学稳定性、较低的热导率、较高的热膨胀系数及优良的抗热震性能。目前所有的热障涂层材料中，综合性能最优、应用最为广泛的是7-8wt.%的氧化钇(Y2O3)部分稳定的氧化锆(ZrO2),缩写为YSZ。在热障涂层高温服役环境中，大气中飘泊的火山灰等沙粒、粉尘沉积到高温热障涂层的表面，形成玻璃相火山灰沉积物，火山灰渗入热障涂层的陶瓷层内部，降低涂层应变容限，加速YSZ涂层相变失稳和烧结，同时冷却凝固后在涂层中会产生较大的应力，从而导致陶瓷涂层过早的剥离失效。随着热障涂层的服役温度越来越高，环境中的火山灰熔融沉积在热障陶瓷层表面并导致涂层过早的剥离失效已经引起了广泛的关注。因此设计新型的 热障涂层组成结构，有效地控制氧化钇(Y2O3)部分稳定的氧化锆(ZrO2)中的氧化钇(Y2O3)不被火山灰高温侵蚀，提高热障涂层的抗火山灰侵蚀性能，对提高热障涂层的服役寿命是至关重要的。研究表明氧化钇(Y2O3)涂层对火山灰具有较强的抗侵蚀能力，且相对其它材料具有较好的抗热震性能，因此，可以在热障涂层最外表面制备氧化钇(Y2O3)涂层来改善航空发动机热障涂层抵御火山灰侵蚀的能力。
技术实现思路
面对现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种抗火山灰侵蚀的多层热障涂层，以有效地控制氧化钇(Y2O3)部分稳定氧化锆(ZrO2)中的氧化钇(Y2O3)不被火山灰高温侵蚀，提高热障涂层的抗火山灰侵蚀性能。在此，本专利技术提供一种抗火山灰侵蚀的多层热障涂层，所述多层热障涂层包括:依次形成于高温合金基材上的高温抗氧化粘结层、陶瓷底层、陶瓷过渡层和抗火山灰侵蚀陶瓷面层，所述陶瓷底层由氧化钇部分稳定的氧化锆组成，所述陶瓷过渡层由氧化钇稳定的氧化锆组成，所述陶瓷过渡层中的氧化钇的百分含量高于所述陶瓷底层中的氧化钇的百分含量，所述抗火山灰侵蚀陶瓷面层由氧化钇组成。本专利技术利用氧化钇(Y2O3)涂层良好的抗火山灰侵蚀性能和常规氧化钇(Y2O3)部分稳定的氧化锆(ZrO2)涂层具有的良好的热障性能，在常规氧化钇(Y2O3)部分稳定的氧化锆(ZrO2)表面形成具有一定厚度的抗火山灰侵蚀陶瓷面层，两者之间通过高Y含量的氧化钇(Y2O3)稳定的氧化锆(ZrO2)过渡，本专利技术的抗火山灰侵蚀的多层热障涂层与火山灰高温反应后，火山灰与抗火山灰侵蚀陶瓷面层发生化学反应，消耗火山灰中的活性成分或者是在抗火山灰侵蚀陶瓷面层中形成渗透扩散阻碍层，阻止火山灰侵蚀常规氧化钇(Y2O3)部分稳定的氧化锆(ZrO2)陶瓷层，从而可以有效地控制作为陶瓷底层的常规氧化钇(Y2O3)稳定的氧化锆(ZrO2)中的氧化钇(Y2O3)不被火山灰高温侵蚀，大幅度地提高热障涂层的抗侵蚀性能，提高热障涂层的服役寿命。较佳地，所述陶瓷底层中的氧化钇的含量为7~8wt.%。较佳地，所述陶瓷底层的厚度为200~600 μ m。较佳地，所述陶瓷过渡层中的氧化钇的含量为15~30wt.%。较佳地，所述陶瓷过渡层的厚度为50~200 μ m，优选为50~100 μ m。较佳地，所述抗火山灰侵蚀陶瓷面层的厚度为50~200 μ m，优选为50~100 μ m。较佳地，所述高温抗氧化粘结层、陶瓷底层、陶瓷过渡层和/或抗火山灰侵蚀陶瓷面层由等离子体喷涂工艺制备。较佳地，所述高温合金基材为镍基和/或钴基合金。较佳地，所述高温抗氧化粘结层为镍钴铬铝钇合金。本专利技术的抗火山灰侵蚀的多层热障涂层可以有效地控制传统氧化钇(Y2O3)部分稳定的氧化锆(ZrO2)不被火山灰高温侵蚀，从而大幅度地提高热障涂层的抗侵蚀性能，提高热障涂层的服役寿命与可靠性。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术的抗火山灰侵蚀的多层热障涂层的结构示意图； 图2是常规热障涂层经1200°C受火山灰侵蚀48h后的涂层截面扫描电镜照片； 图3是本专利技术的抗火山灰侵蚀的多层热障涂层经1200°C火山灰侵蚀48h后的涂层截面扫描电镜照片； 附图标记: 3抗火山灰侵蚀陶瓷面层； 4陶瓷过渡层； 5陶瓷底层； 6高温抗氧化粘结层； 7高温合金基材。【具体实施方式】以 下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，阐明本专利技术的抗火山灰侵蚀的多层热障涂层的其他细节及其所附有的其他目的和优点。应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。通常，航空发动机中的热障涂层服役于高温环境，因火山喷发而漂浮于大气中的火山灰会吸入发动机并沉积到热障涂层的表面，形成玻璃相火山灰沉积物(CaO-MgO-Al2O3-SiO2)，高温条件下火山灰熔融渗入热障涂层的陶瓷层内部，降低涂层应变容限，加速YSZ涂层相变失稳和烧结，同时冷却凝固后在涂层中会产生较大的应力，从而导致陶瓷涂层过早地剥离失效。本专利技术的目的是公开一种抗火山灰侵蚀的多层热障涂层，具体地说，是指一种采用等离子体喷涂工艺在常规氧化钇(Y2O3)部分稳定的氧化锆(ZrO2)陶瓷底层外表面制备一层高Y含量的氧化钇(Y2O3)稳定的氧化锆(ZrO2)作为陶瓷过渡层，在陶瓷过渡层外表面制备一层抗火山灰侵蚀的氧化钇(Y2O3)涂层。抗火山灰侵蚀多层热障涂层包括依次形成于高温合金基材上的高温抗氧化粘结层、传统氧化钇(Y2O3)部分稳定的氧化锆(ZrO2)陶瓷底层、高Y含量的氧化钇(Y2O3)稳定的氧化锆(ZrO2)陶瓷过渡层和抗火山灰侵蚀陶瓷面层，是一种可以提高热障涂层的抗火山灰侵蚀性能的新型热障涂层。抗火山灰侵蚀的多层热障涂层可以有效地控制传统氧化钇(Y2O3)部分稳定的氧化锆(ZrO2)的陶瓷层不被火山灰高温侵蚀，从而大幅度地提高热障涂层的抗侵蚀性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗火山灰侵蚀的多层热障涂层，其特征在于，包括：依次形成于高温合金基材上的高温抗氧化粘结层、陶瓷底层、陶瓷过渡层和抗火山灰侵蚀陶瓷面层，所述陶瓷底层由氧化钇部分稳定的氧化锆组成，所述陶瓷过渡层由氧化钇稳定的氧化锆组成，所述陶瓷过渡层中氧化钇的百分含量高于所述陶瓷底层中的氧化钇的百分含量，所述抗火山灰侵蚀陶瓷面层由氧化钇组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陶顺衍，李文帅，钟兴华，赵华玉，王亮，周霞明，刘晨光，丁传贤，
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：