CN100562428C - 一种热障涂层的制备方法 - Google Patents
一种热障涂层的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100562428C CN100562428C CNB2007101448072A CN200710144807A CN100562428C CN 100562428 C CN100562428 C CN 100562428C CN B2007101448072 A CNB2007101448072 A CN B2007101448072A CN 200710144807 A CN200710144807 A CN 200710144807A CN 100562428 C CN100562428 C CN 100562428C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- thermal barrier
- barrier coating
- nickel
- preparation
- base superalloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Abstract
一种热障涂层的制备方法，它涉及一种涂层的制备方法。它解决现有技术中高温下平行于镍基高温合金层方向上的材料界面相对滑动和脱落及垂直于镍基高温合金层方向上的热障涂层的纵向开裂的问题。热障涂层由外部陶瓷层(1)和内部结合层(5)组成，其中内部结合层(5)由镍基高温合金层(4)和连接在镍基高温合金层(4)外表面的粘结层(2)组成，粘结层(2)由镍三维结构(3)和氧化钇稳定氧化锆组成；其中镍三维结构为蜂窝状镍空间结构。制备方法：在镍基高温合金层(4)外表面上电沉积得到与其连接的镍三维结构，再喷涂上氧化钇稳定氧化锆溶胶，煅烧后得粘结层(2)，然后在粘结层(2)上制备陶瓷层(1)，得热障涂层。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂层的制备方法。
背景技术
热障涂层已经被广泛应用于航空、航天、燃气发电、冶金、舰船、化工和汽车制造等众多领域。科技的发展对热端部件的工作温度、使用寿命提出了越来越高的要求，因此要大力开发高性能、高可靠、长寿命的热障涂层。传统的热障涂层通常是由陶瓷表层和结合底层所组成。热障涂层结构主要可以分为双层结构、多层结构和梯度结构。由于热障涂层使用条件的复杂性和多样性，常导致热障涂层失效。现有热障涂层失效总结如下：陶瓷面层中出现垂直于表面的纵向贯穿性裂纹，导致面层断裂，热障涂层失效；陶瓷面层中出现平行于表面的横向裂纹，部分面层起皮、剥落，热障涂层破坏；陶瓷面层/氧化膜/粘结层界面处，陶瓷面层/氧化膜的界面开裂与氧化膜/粘结层界面开裂，导致热障涂层破坏；粘结层/基体界面开裂，热障涂层整个脱落。由上述可知，热障涂层的失效形式为平行于基体方向上的材料界面相对滑动和脱落及垂直于基体方向上的热障涂层的纵向开裂。影响热障涂层失效的主要因素为涂层材料间的热膨胀系数不匹配；高温下金属的氧化及其引起的成分的变化；材料的相变。
发明内容
本发明目的是为了解决现有技术中高温下平行于镍基高温合金层方向上的材料界面相对滑动和脱落及垂直于镍基高温合金层方向上的热障涂层的纵向开裂的问题，而提供一种热障涂层的制备方法。
本发明热障涂层由外部陶瓷层和内部结合层组成，其中内部结合层由镍基高温合金层和连接在镍基高温合金层外表面的粘结层组成，粘结层由镍三维结构和氧化钇稳定氧化锆组成；其中镍三维结构为蜂窝状镍空间结构。
一种热障涂层的制备方法按以下步骤实现：一、将镍基高温合金板依次用丙酮、甲醇和超纯水超声清洗15～25min后吹干；二、将浓度为0.2～0.8mol/L的聚苯乙烯胶体溶液，超声分散15～25min后喷涂于清洗干净的镍基高温合金板的一侧表面，在室温下静置24～30h，得到一面带有聚苯乙烯模板的镍基高温合金；三、电沉积：正极为纯镍，阴极为一面带有聚苯乙烯模板的镍基高温合金，电解液pH值为3～5，采用直流电源，电沉积在电流为0.04～0.06A、温度为30～60℃的条件下进行；四、电沉积后将阴极取出，放入580～620℃条件下煅烧1～3h，得到表面沉积有镍三维结构的镍基高温合金；五、按比例将90～94摩尔ZrOCl2·6H2O、6～10摩尔Y(NO3)3·6H2O和106～110摩尔柠檬酸作为溶质溶于水中，得溶质总浓度为0.01～0.06mol/L的溶液，然后在60～80℃下搅拌，得到氧化钇稳定氧化锆溶胶；六、将氧化钇稳定氧化锆溶胶喷涂于表面沉积有镍三维结构的镍基高温合金表面，然后在30～50℃温度下干燥22～26h，再放入马弗炉中，以2℃/min的升温速率，升温到500～700℃烧结1～3h，冷却至室温，得结合层；七、在结合层上制备陶瓷层，得热障涂层。
本发明的优点在于粘结层由镍三维结构和氧化钇稳定氧化锆组成，使镍基高温合金层与粘结层紧密结合，大量的镍三维结构就像镍基高温合金层生长出的“根”深深的扎在氧化钇稳定氧化锆中，增强了平行于镍基高温合金层的抗剪切能力，确保高温下平行于基体方向上的材料界面不产生相对滑动和脱落；氧化钇稳定氧化锆中的微孔能阻碍材料的热传导，缓解了制备状态下的残余应力的释放，对热膨胀不匹配和相变所产生的应力起到了缓和作用，有效防止了垂直于镍基高温合金层方向上的热障涂层的纵向开裂的问题。
附图说明
图1是本发明热障涂层的结构示意图，图2是内部结合层5的结构示意图，图3是具体实施方式五中所用的一面带有聚苯乙烯模板的镍基高温合金的扫描电镜照片，图4是具体实施方式十一中镍三维结构的扫描电镜照片。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式热障涂层由外部陶瓷层1和内部结合层5组成，其中内部结合层5由镍基高温合金层4和连接在镍基高温合金层4外表面的粘结层2组成，粘结层2由镍三维结构3和氧化钇稳定氧化锆组成；其中镍三维结构3为蜂窝状镍空间结构。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是粘结层2中的镍三维结构3通过电沉积连接于镍基高温合金4外表面。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是粘结层(2)的厚度为30～60μm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是粘结层(2)的厚度为45μm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式一种热障涂层及其制备方法按以下步骤实现：一、将镍基高温合金板依次用丙酮、甲醇和超纯水超声清洗15～25min后吹干；二、将浓度为0.2～0.8mol/L的聚苯乙烯胶体溶液，超声分散15～25min后喷涂于清洗干净的镍基高温合金板的一侧表面，在室温下静置24～30h，得到一面带有聚苯乙烯模板6的镍基高温合金；三、电沉积：正极为纯镍，阴极为一面带有聚苯乙烯模板6的镍基高温合金，电解液pH值为3～5，采用直流电源，电沉积在电流为0.04～0.06A、温度为30～60℃的条件下进行；四、电沉积后将阴极取出，放入580～620℃条件下煅烧1～3h，得到表面沉积有镍三维结构的镍基高温合金；五、按比例将90～94摩尔ZrOCl2·6H2O、6～10摩尔Y(NO3)3·6H2O和106～110摩尔柠檬酸作为溶质溶于水中，得溶质总浓度为0.01～0.06mol/L的溶液，然后在60～80℃下搅拌，得到氧化钇稳定氧化锆溶胶；六、将氧化钇稳定氧化锆溶胶喷涂于表面沉积有镍三维结构的镍基高温合金表面，然后在30～50℃温度下干燥22～26h，再放入马弗炉中，以2℃/min的升温速率，升温到500～700℃烧结1～3h，冷却至室温，得结合层5；七、在结合层5上制备陶瓷层1，得热障涂层。
本实施方式步骤四中将电沉积后的阴极煅烧可以使聚苯乙烯模板6气化。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五的不同是步骤一中超声清洗20min后吹干。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五的不同是步骤二中将浓度为0.5mol/L的聚苯乙烯胶体溶液，超声分散20min后喷涂于清洗干净的镍基高温合金板的一侧表面，在室温下静置27h。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五的不同是步骤三中电解液pH值为4，采用直流电源，电沉积在电流为0.05A、温度为40℃的条件下进行。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五的不同是步骤三中用到的电解液是按比例将290～310摩尔Ni2SO4、43～47摩尔NiCl和28～32摩尔H3BO3混合组成。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式五的不同是步骤三中用到的电解液是按比例将300摩尔Ni2SO4、45摩尔NiCl和30摩尔H3BO3混合组成。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式五的不同是步骤四中放入600℃条件下煅烧2h。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式五的不同是步骤五中按比例将92摩尔ZrOCl2·6H2O、8摩尔Y(NO3)3·6H2O和108摩尔柠檬酸作为溶质溶于水中，得溶质总浓度为0.05mol/L的溶液，然后在70℃下搅拌。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式五的不同是步骤六中在40℃温度下干燥24h，再放入马弗炉中，以2℃/min的升温速率，升温到600℃烧结2h。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式五的不同是步骤七中制备的陶瓷层1为碳化硅层、二氧化硅层或氧化铝层。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式五的不同是步骤七中制备陶瓷层1采用EB-PVD工艺或磁控溅射工艺。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。
Claims (7)
1、一种热障涂层的制备方法，其特征在于一种热障涂层按以下步骤制备：一、将镍基高温合金板依次用丙酮、甲醇和超纯水超声清洗15～25min后吹干；二、将浓度为0.2～0.8mol/L的聚苯乙烯胶体溶液，超声分散15～25min后喷涂于清洗干净的镍基高温合金板的一侧表面，在室温下静置24～30h，得到一面带有聚苯乙烯模板(6)的镍基高温合金；三、电沉积：正极为纯镍，阴极为一面带有聚苯乙烯模板(6)的镍基高温合金，电解液pH值为3～5，采用直流电源，电沉积在电流为0.04～0.06A、温度为30～60℃的条件下进行；四、电沉积后将阴极取出，放入580～620℃条件下煅烧1～3h，得到表面沉积有镍三维结构的镍基高温合金；五、按比例将90～94摩尔ZrOCl2·6H2O、6～10摩尔Y(NO3)3·6H2O和106～110摩尔柠檬酸作为溶质溶于水中，得溶质总浓度为0.01～0.06mol/L的溶液，然后在60～80℃下搅拌，得到氧化钇稳定氧化锆溶胶；六、将氧化钇稳定氧化锆溶胶喷涂于表面沉积有镍三维结构的镍基高温合金表面，然后在30～50℃温度下干燥22～26h，再放入马弗炉中，以2℃/min的升温速率，升温到500～700℃烧结1～3h，冷却至室温，得结合层(5)；七、在结合层(5)上制备陶瓷层(1)，得热障涂层。
2、根据权利要求1所述的一种热障涂层的制备方法，其特征在于步骤二中将浓度为0.5mol/L的聚苯乙烯胶体溶液，超声分散20min后喷涂于清洗干净的镍基高温合金板的一侧表面，在室温下静置27h。
3、根据权利要求1所述的一种热障涂层的制备方法，其特征在于步骤三中电解液pH值为4，采用直流电源，电沉积在电流为0.05A、温度为40℃的条件下进行。
4、根据权利要求1所述的一种热障涂层的制备方法，其特征在于步骤三中用到的电解液是按比例将290～310摩尔Ni2SO4、43～47摩尔NiCl和28～32摩尔H3BO3混合组成。
5、根据权利要求1所述的一种热障涂层的制备方法，其特征在于步骤五中按比例将92摩尔ZrOCl2·6H2O、8摩尔Y(NO3)3·6H2O和108摩尔柠檬酸作为溶质溶于水中，得溶质总浓度为0.05mol/L的溶液，然后在70℃下搅拌。
6、根据权利要求1所述的一种热障涂层的制备方法，其特征在于步骤六中在40℃温度下干燥24h，再放入马弗炉中，以2℃/min的升温速率，升温到600℃烧结2h。
7、根据权利要求1所述的一种热障涂层的制备方法，其特征在于步骤七中制备的陶瓷层(1)为碳化硅层、二氧化硅层或氧化铝层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2007101448072A CN100562428C (zh) | 2007-12-12 | 2007-12-12 | 一种热障涂层的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2007101448072A CN100562428C (zh) | 2007-12-12 | 2007-12-12 | 一种热障涂层的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101186134A CN101186134A (zh) | 2008-05-28 |
| CN100562428C true CN100562428C (zh) | 2009-11-25 |
Family
ID=39478851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2007101448072A Expired - Fee Related CN100562428C (zh) | 2007-12-12 | 2007-12-12 | 一种热障涂层的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100562428C (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101791880B (zh) * | 2009-12-30 | 2012-11-28 | 哈尔滨工业大学 | 用于热防护系统的金属蜂窝结构与陶瓷结合的盖板 |
| CN109576630A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-04-05 | 常州市讯德电器有限公司 | 一种高温稳定热障涂层的制备方法 |
-
2007
- 2007-12-12 CN CNB2007101448072A patent/CN100562428C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101186134A (zh) | 2008-05-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104446635B (zh) | 一种闭孔型多孔氧化铝隔热陶瓷的制备方法 | |
| CN108097064B (zh) | 一种基于二维材料制备介孔陶瓷膜的方法 | |
| CN110227797B (zh) | 用于钛合金铸造的三维打印陶瓷型壳的制备工艺 | |
| CN101514473B (zh) | 一种阴极旋转水热电泳沉积制备硅酸钇涂层的方法 | |
| CN103693976A (zh) | 一种钛及钛合金铸造用氧化硅基陶瓷型芯的制备方法 | |
| CN106630978A (zh) | 表面韧化的氧化铝纤维刚性隔热瓦多层复合材料、涂层组合物、制备方法及其应用 | |
| CN100562428C (zh) | 一种热障涂层的制备方法 | |
| CN103468212B (zh) | 一种采用溶胶凝胶法在金刚石表面镀覆ZrO2/Fe2O3复合薄膜的工艺 | |
| Roy et al. | Solgel‐processed mullite coating—a review | |
| CN102744928A (zh) | Ti3Al-TiAl层状复合材料的制备方法 | |
| CN102284678A (zh) | 一种精密铸造钛合金的模壳制备方法 | |
| CN113845367B (zh) | 高温抗氧化碳纤维增韧氧化锆陶瓷材料的制备方法及高温抗氧化碳纤维增韧氧化锆陶瓷材料 | |
| CN106045550A (zh) | SiC‑ZrC梯度改性碳/碳复合材料的制备方法 | |
| CN101200126B (zh) | 一种热障涂层及其制备方法 | |
| CN108854589A (zh) | 一种用于油水分离的莫来石晶须中空纤维膜及其制备方法 | |
| WO2017215234A1 (zh) | 一种复合耐高温选择性吸收功能膜及其制造方法 | |
| CN101486592A (zh) | 一种微波水热法改性碳/碳复合材料的方法 | |
| CN101319388B (zh) | 多通道铝酸锌纳米管制备方法 | |
| JP2014508039A (ja) | 基体に触媒を被覆する方法 | |
| CN103922794A (zh) | 三维氧化铝纤维织物增强多孔莫来石陶瓷及其制备方法 | |
| CN104550736A (zh) | 用于钛及钛合金精密铸造的氮化硼陶瓷型壳的制备方法 | |
| CN103396169B (zh) | 一种珠串状纳米线增韧增强陶瓷涂层的制备方法 | |
| CN114436679B (zh) | 一种防热-隔热-承载一体化轻质碳-陶复合材料及其制备方法 | |
| CN102936145B (zh) | 一种Y2SiO5 晶须增韧莫来石复合涂层的制备方法 | |
| CN101285206B (zh) | 氧化锌与铝酸锌复合纳米管及阵列的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190730 Address after: 150000 Heilongjiang Province, Harbin City Economic Development Zone haping Road District Dalian road and Xingkai road junction Patentee after: Harbin University of Technology Robot Group Co., Ltd. Address before: 150001 Harbin, Nangang, West District, large straight street, No. 92 Patentee before: Harbin Institute of Technology |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20091125 Termination date: 20191212 |