本發(fā)明屬于高溫防護(hù)涂層，具體而言，涉及一種連續(xù)制備雙漸變結(jié)構(gòu)的高性能scysz熱障涂層及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、熱障涂層由于其較低的熱導(dǎo)率，良好的耐高溫性能和抗腐蝕性能被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)及重型燃?xì)廨啓C(jī)的熱端部件。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)向高熱效率、低排放、高推重比、大功率等方向發(fā)展，渦輪前端燃?xì)膺M(jìn)口溫度越來越高，最高溫度遠(yuǎn)高于鎳基高溫合金的承溫能力。而目前應(yīng)用最廣泛的8ysz熱障涂層體系由于長(zhǎng)期服役于1200℃的高溫環(huán)境下易發(fā)生燒結(jié)、相變和易腐蝕等，且應(yīng)變?nèi)菹逌p低等問題。而鈧釔共穩(wěn)氧化鋯(scysz)陶瓷涂層卻具有相比傳統(tǒng)的8ysz陶瓷隔熱涂層具有低的熱導(dǎo)率和優(yōu)異的高溫四方相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2、在涂層的結(jié)構(gòu)體系中，通過超音速等離子噴涂工藝可制備出具有典型的層狀組織結(jié)構(gòu)的涂層和超音速懸浮液等離子噴涂工藝可制備出具有垂直裂紋結(jié)構(gòu)的涂層，但是層狀組織結(jié)構(gòu)中大量的層間界面常常是裂紋的形核點(diǎn)，容易導(dǎo)致涂層服役過程中發(fā)生層間開裂與過早失效。而垂直裂紋結(jié)構(gòu)由于其高的應(yīng)變?nèi)菹蓿虼嗽诶錈峤蛔冄h(huán)的服役條件下可以大幅提高熱障涂層的使用壽命，但是垂直裂紋的引入導(dǎo)致其涂層的隔熱效果遠(yuǎn)不如等離子噴涂的層狀結(jié)構(gòu)涂層。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為克服現(xiàn)有技術(shù)中8ysz陶瓷隔熱涂層難以長(zhǎng)期服役于1200℃以上的高溫?zé)崃瘜W(xué)多場(chǎng)耦合環(huán)境的問題，本發(fā)明的目的是提供了一種具有低熱導(dǎo)率、較好的應(yīng)變?nèi)菹藓透叩臒嵫h(huán)壽命的連續(xù)制備雙漸變結(jié)構(gòu)的高性能scysz熱障涂層及其制備方法，該方法制備的熱障涂層具有適用于高于1200℃的高溫環(huán)境。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種連續(xù)制備雙漸變結(jié)構(gòu)的高性能scysz熱障涂層的制備方法，包括以下步驟：

4、將團(tuán)聚scysz陶瓷粉末采用超音速等離子噴涂工藝，在高溫合金基體上制備scysz層狀結(jié)構(gòu)層；

5、將納米晶鈧釔共穩(wěn)氧化鋯陶瓷粉末與含分散劑的無水乙醇進(jìn)行球磨，得到懸浮液；

6、將懸浮液利用超音速懸浮液等離子噴涂工藝，在scysz層狀結(jié)構(gòu)層上制備垂直裂紋結(jié)構(gòu)層，形成雙漸變結(jié)構(gòu)的高性能scysz熱障涂層。

7、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，scysz層狀結(jié)構(gòu)層的厚度為100μm。

8、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，超音速等離子噴涂工藝參數(shù)為：電流為430～450a、電壓為125～140v、主氣氬氣流量為110～120l/min、二次氣氫氣流量為15～17l/min、噴涂距離為90～110mm以及送粉量為14～18g/min。

9、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，分散劑為聚乙二醇。

10、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，納米晶鈧釔共穩(wěn)氧化鋯陶瓷粉末與分散劑的質(zhì)量比為20～40：1～4。

11、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，垂直裂紋結(jié)構(gòu)層的涂層厚度為100μm。

12、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，超音速懸浮液等離子噴涂工藝參數(shù)為：電流為380～420a、電壓為110～150v、主氣氬氣流量為60～70l/min、二次氣氫氣流量為16～22l/min、噴涂距離為40mm、懸浮液送粉速率為15～25ml/min。

13、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，將懸浮液利用超音速懸浮液等離子噴涂工藝，在scysz層狀結(jié)構(gòu)層上制備垂直裂紋結(jié)構(gòu)層前，將高溫合金基體預(yù)熱至180℃。

14、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，團(tuán)聚scysz陶瓷粉末通過以下過程制得：納米晶鈧釔共穩(wěn)氧化鋯陶瓷粉末、粘結(jié)劑與水混合，得到漿料，將漿料進(jìn)行球磨，然后通過離心式噴霧造粒，進(jìn)行粉末的團(tuán)聚，獲得團(tuán)聚scysz陶瓷粉體。

15、一種雙漸變結(jié)構(gòu)的高性能scysz熱障涂層，包括在高溫合金基體上從下到上設(shè)置的scysz層狀結(jié)構(gòu)層與垂直裂紋結(jié)構(gòu)層。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

17、本發(fā)明采用超音速等離子噴涂技術(shù)制備了含有層狀組織結(jié)構(gòu)的scysz涂層，又通過超音速懸浮液等離子噴涂技術(shù)在層狀組織結(jié)構(gòu)的scysz涂層上連續(xù)制備了具有垂直裂紋結(jié)構(gòu)的scysz涂層。含有層狀組織結(jié)構(gòu)的scysz涂層中的納米組織可大大降低涂層的熱導(dǎo)率，以進(jìn)一步地增強(qiáng)涂層的隔熱效果；且具有垂直裂紋結(jié)構(gòu)的scysz涂層增大了涂層的應(yīng)力損傷容限，降低了涂層在冷熱交變循環(huán)服役條件下的熱應(yīng)力積累，易于熱應(yīng)力的釋放；底部為層狀組織結(jié)構(gòu)的scysz涂層可有效改善垂直裂紋結(jié)構(gòu)層隔熱性能差的缺點(diǎn)，而且scysz陶瓷材料具有低的熱導(dǎo)率和優(yōu)異的高溫四方相穩(wěn)定性，整體上有利于延長(zhǎng)熱端部件在更高溫度和更復(fù)雜苛刻環(huán)境下的使用壽命。

18、進(jìn)一步的，雙漸變結(jié)構(gòu)scysz涂層制備過程中通過調(diào)節(jié)超音速懸浮液漿料的濃度、懸浮液送粉速率以及功率等制備因素，從而實(shí)現(xiàn)涂層的垂直裂紋結(jié)構(gòu)的形成，最終影響涂層在冷熱交變循環(huán)服役條件下的熱應(yīng)力釋放。

技術(shù)特征：

1.一種連續(xù)制備雙漸變結(jié)構(gòu)的高性能scysz熱障涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備雙漸變結(jié)構(gòu)的高性能scysz熱障涂層的制備方法，其特征在于，scysz層狀結(jié)構(gòu)層的厚度為100μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備雙漸變結(jié)構(gòu)的高性能scysz熱障涂層的制備方法，其特征在于，超音速等離子噴涂工藝參數(shù)為：電流為430～450a、電壓為125～140v、主氣氬氣流量為110～120l/min、二次氣氫氣流量為15～17l/min、噴涂距離為90～110mm以及送粉量為14～18g/min。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備雙漸變結(jié)構(gòu)的高性能scysz熱障涂層的制備方法，其特征在于，分散劑為聚乙二醇。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備雙漸變結(jié)構(gòu)的高性能scysz熱障涂層的制備方法，其特征在于，納米晶鈧釔共穩(wěn)氧化鋯陶瓷粉末與分散劑的質(zhì)量比為20～40：1～4。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備雙漸變結(jié)構(gòu)的高性能scysz熱障涂層的制備方法，其特征在于，垂直裂紋結(jié)構(gòu)層的涂層厚度為100μm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備雙漸變結(jié)構(gòu)的高性能scysz熱障涂層的制備方法，其特征在于，超音速懸浮液等離子噴涂工藝參數(shù)為：電流為380～420a、電壓為110～150v、主氣氬氣流量為60～70l/min、二次氣氫氣流量為16～22l/min、噴涂距離為40mm、懸浮液送粉速率為15～25ml/min。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備雙漸變結(jié)構(gòu)的高性能scysz熱障涂層的制備方法，其特征在于，將懸浮液利用超音速懸浮液等離子噴涂工藝，在scysz層狀結(jié)構(gòu)層上制備垂直裂紋結(jié)構(gòu)層前，將高溫合金基體預(yù)熱至180℃。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備雙漸變結(jié)構(gòu)的高性能scysz熱障涂層的制備方法，其特征在于，團(tuán)聚scysz陶瓷粉末通過以下過程制得：納米晶鈧釔共穩(wěn)氧化鋯陶瓷粉末、粘結(jié)劑與水混合，得到漿料，將漿料進(jìn)行球磨，然后通過離心式噴霧造粒，進(jìn)行粉末的團(tuán)聚，獲得團(tuán)聚scysz陶瓷粉體。

10.一種根據(jù)權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述的方法制備的雙漸變結(jié)構(gòu)的高性能scysz熱障涂層，其特征在于，包括在高溫合金基體上從下到上設(shè)置的scysz層狀結(jié)構(gòu)層與垂直裂紋結(jié)構(gòu)層。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種連續(xù)制備雙漸變結(jié)構(gòu)的高性能ScYSZ熱障涂層及其制備方法，包括如下步驟：將團(tuán)聚ScYSZ陶瓷粉末采用超音速等離子噴涂工藝，在高溫合金基體上制備ScYSZ層狀結(jié)構(gòu)層；將納米晶鈧釔共穩(wěn)氧化鋯陶瓷粉末與含分散劑的無水乙醇進(jìn)行球磨，得到懸浮液；將懸浮液利用超音速懸浮液等離子噴涂工藝，在ScYSZ層狀結(jié)構(gòu)層上制備垂直裂紋結(jié)構(gòu)層，形成雙漸變結(jié)構(gòu)的高性能ScYSZ熱障涂層。本發(fā)明中含有層狀組織結(jié)構(gòu)的ScYSZ涂層中的納米組織可大大降低涂層的熱導(dǎo)率，以進(jìn)一步地增強(qiáng)涂層的隔熱效果；且具有垂直裂紋結(jié)構(gòu)的ScYSZ涂層增大了涂層的應(yīng)力損傷容限，降低了涂層在冷熱交變循環(huán)服役條件下的熱應(yīng)力積累，易于熱應(yīng)力的釋放。

技術(shù)研發(fā)人員：白宇,祖佳豪,劉棟,高陽,羅文飛,吳蒂佳,王玉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/22