CN102766837B - 一种新型热障涂层 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型热障涂层，该热障涂层为一性能具有梯度变化的复合涂层，所述的复合涂层的厚度和成分配比由外向内变化，所述的热障涂层主要包括金属粘结层和陶瓷层，所述的金属粘结层和陶瓷层采用相间的层叠结构成型于基材表面，所述的陶瓷层的厚度由外向内递减，所述的金属粘结层的成分配比由外向内变化。本发明揭示了一种新型热障涂层，该涂层中的金属粘结层与陶瓷层采用多层相间的结构形式，涂层的厚度和成分配置更加合理，使涂层内部的热胀系数趋于平缓，涂层具有更加优良的抗热震性能和抗氧化能力；同时，涂层的制备过程实施简便，涂层性能易于控制，成本适中，实用性能优良。
Description
技术领域
本发明涉及一种热障涂层，尤其涉及一种性能具有梯度变化的新型热障涂层，属于金属涂层技术领域。
背景技术
近年来随着航空发动机向高流量比、高推重比和高涡轮进口温度方向的发展，发动机燃烧室中的燃气温度和燃气压力不断提高。当发动机的推重比达到20时，燃气入口温度将超过2000℃，这个温度已经超出制造涡轮叶片和导向叶片的镍基高温合金所能承受的温度，即使采用金属间化合物材料及利用定向凝固技术也难以承受。采用压缩空气对叶片的冷却效果有限，而且冷却技术在降低叶片温度的同时，不可避免地损失很大一部分热量，降低了发动机的效率。在这种情况下，抗击发动机叶片高温的另一种有效途径——热障涂层也就应运而生，成为近年来国际高温涂层领域最活跃的研究课题之一。
热障涂层主要由金属粘结层和陶瓷层组成，双层结构制备工艺简单、隔热能力强，是目前实际应用最多的形式；但是，双层结构中金属粘结层与陶瓷层的界面明显，热膨胀系数在界面跃变较大，在热载荷的作用下，在涂层内部会产生较大应力，使涂层的抗热震性能难以提高；而现行的多层或梯度系统结构的热障涂层，具有理想涂层设计的高温性能，抗热震性能优于双层涂层，但制备技术较复杂，成本较高，还仍有待进一步改进。
发明内容
针对上述需求，本发明提供了一种新型热障涂层，该涂层采用金属粘结层与陶瓷层相间的结构形式，使材料内部的热胀系数趋于平缓，有效降低了涂层中内应力的产生，使涂层的抗热震性能更加优良，且制备工艺简便，成本适中。
本发明是一种新型热障涂层，该热障涂层为一性能具有梯度变化的复合涂层，所述的复合涂层的厚度和成分配比由外向内变化，所述的热障涂层主要包括金属粘结层和陶瓷层，所述的金属粘结层和陶瓷层采用相间的层叠结构成型于基材表面，所述的陶瓷层的厚度由外向内递减，所述的金属粘结层的成分配比由外向内变化。
在本发明一较佳实施例中，所述的陶瓷层的材料可以是氧化钇稳定氧化锆、氧化钙稳定氧化锆或是氧化镁稳定氧化锆材陶瓷料中的一种。
在本发明一较佳实施例中，所述的陶瓷层的厚度为0.06-0.15mm，其厚度由外向内逐级递减率为15%-20%。
在本发明一较佳实施例中，所述的金属粘结层为MCrAlY系列的合金材料，其主要成分及百分配比为：Co 10%-40%、Cr 15%-40%、Al 5%-20%、Y 0.1%-1%和S 0-1.2%%，其余为Ni。
在本发明一较佳实施例中，所述的金属粘结层的材料中Cr的含量由外向内递增，Al的含量由外向内递减。
在本发明一较佳实施例中，所述的Cr的含量由外层向内层逐级递增3%-4%，Al的含量由外层向内层逐级递减1%-1.5%。
在本发明一较佳实施例中，所述的陶瓷层和金属粘结层的总层数为4-8层，总厚度为0.1-0.24mm。
本发明揭示了一种新型热障涂层，该涂层中的金属粘结层与陶瓷层采用多层相间的结构形式，涂层的厚度和成分配置更加合理，使涂层内部的热胀系数趋于平缓，涂层具有更加优良的抗热震性能和抗氧化能力；同时，涂层的制备过程实施简便，涂层性能易于控制，成本适中，实用性能优良。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明实施例新型热障涂层的结构示意图；
附图中各部件的标记如下： 1、金属粘结层，2、陶瓷层，3、基材。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
图1是本发明实施例新型热障涂层的结构示意图；该热障涂层为一性能具有梯度变化的复合涂层，所述的复合涂层的厚度和成分配比由外向内变化，所述的热障涂层主要包括金属粘结层1和陶瓷层2，所述的金属粘结层1和陶瓷层2采用相间的层叠结构成型于基材3表面，所述的陶瓷层2的厚度由外向内递减，所述的金属粘结层1的成分配比由外向内变化。
本发明中提及的新型热障涂层的陶瓷层2的材料可以是氧化钇稳定氧化锆、氧化钙稳定氧化锆或是氧化镁稳定氧化锆材陶瓷料中的一种；陶瓷层2采用真空等离子喷涂工艺进行制备，制得的陶瓷层厚度约为0.06-0.15mm，其厚度由外向内逐级递减率为15%-20%。
金属粘结层1为MCrAlY系列的合金材料，其主要成分及百分配比为：Co 10%-40%、Cr 15%-40%、Al 5%-20%、Y 0.1%-1%和S 0-1.2%%，其余为Ni；金属粘结层1的材料中Cr的含量由外向内递增，Al的含量由外向内递减；Cr的含量由外层向内层逐级递增3%-4%，Al的含量由外层向内层逐级递减1%-1.5%；该成分变化，有利于提高涂层间的抗热震性能，改善层间的抗氧化能力，使涂层性能产生梯度变化；陶瓷层1采用电子束物理气相沉积工艺进行制备，制得陶瓷层1和金属粘结层2的总层数为4-8层，总厚度为0.1-0.24mm。
在陶瓷层1上制备金属粘结层2之前，需要对陶瓷层1进行喷砂处理，以提高两涂层之间的结合强度；热障涂层制备完毕后，还需进行一定的退火处理，进一步改善层间的应力大小，提高金属粘结层2的综合力学性能。
本发明揭示了一种新型热障涂层 ,其特点是：该涂层中的金属粘结层与陶瓷层采用多层相间的结构形式，涂层的厚度和成分配置更加合理，使涂层内部的热胀系数趋于平缓，涂层具有更加优良的抗热震性能和抗氧化能力；同时，涂层的制备过程实施简便，涂层性能易于控制，成本适中，实用性能优良。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种新型热障涂层，该热障涂层为一性能具有梯度变化的复合涂层，其特征在于，所述的复合涂层的厚度和成分配比由外向内变化，所述的热障涂层主要包括金属粘结层和陶瓷层，所述的金属粘结层和陶瓷层采用相间的层叠结构成型于基材表面，所述的陶瓷层的厚度由外向内递减，所述的金属粘结层的成分配比由外向内变化，其中，所述金属粘结层为MCrAlY 系列的合金材料，其主要成分及百分配比为：Co 10%-40%、Cr 15%-40%、Al 5%-20%、Y 0.1%-1%和S 0-1.2%，其余为Ni，所述金属粘结层的材料中Cr的含量由外向内递增，Al 的含量由外向内递减，且Cr的含量由外层向内层逐级递增3%-4%，Al的含量由外层向内层逐级递减1%-1.5%。
2.根据权利要求1 所述的新型热障涂层，其特征在于，所述的陶瓷层的材料可以是氧化钇稳定氧化锆、氧化钙稳定氧化锆或是氧化镁稳定氧化锆材陶瓷料中的一种。
3. 根据权利要求1-2任一所述的新型热障涂层，其特征在于，所述的陶瓷层和金属粘结层的总层数为4-8层，总厚度为0.1-0.24mm。
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