CN103465549A - 一种含有抗热腐蚀过渡底层的热障涂层及制备方法 - Google Patents

一种含有抗热腐蚀过渡底层的热障涂层及制备方法 Download PDF

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CN103465549A CN2013103207470A CN201310320747A CN103465549A CN 103465549 A CN103465549 A CN 103465549A CN 2013103207470 A CN2013103207470 A CN 2013103207470A CN 201310320747 A CN201310320747 A CN 201310320747A CN 103465549 A CN103465549 A CN 103465549A
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thermal barrier
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郝利军
陆冠雄
叶福兴
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天津大学
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Abstract

本发明公开了一种含有抗热腐蚀过渡底层的热障涂层及制备方法,属于涂层制备技术领域,通过在球墨铸铁表面制备镀层均匀,致密的镍磷镀层,作为基体与热障涂层的过渡及基体保护涂层,在其上制备热障涂层,通过改善粘结层与基体之间的互扩散,能显著提高球墨铸铁的抗腐蚀性能及热障涂层的抗热震性能,延长了热障涂层的使用寿命。本发明可球墨铸铁表面制备镀层均匀,致密的镍磷镀层,厚度在20~35微米,显著提高了球墨铸铁的抗腐蚀性能。

Description

一种含有抗热腐蚀过渡底层的热障涂层及制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于涂层制备技术领域,更加具体地说,特别是涉及一种在球墨铸铁表面化学镀抗热腐蚀镍磷镀层及其制备方法。
背景技术
[0002] 内燃机作为动力工业的基础,承载着将能源转化为工业产值的使命,具有重要的政治、经济和军事地位。内燃机工业的节能减排工作不仅关系到我国2020年单位GDP的二氧化碳排放比2005年下降40%至45%承诺的实现,更关系到我国的国家发展权。从长期发展战略来看,低成本高性能的碳/碳复合材料将是未来内燃机活塞材料发展的主流,然而在短期内,铸铁和铝合金仍将在内燃机活塞的制造中发挥主导作用。
[0003] “绝热发动机”或“低散热发动机”均是指采用耐高温隔热材料在热端部件制成热障层的发动机,以期降低能耗,提高热效率。实际应用的热障涂层大多采用双层结构:表层是以ZrO2为主的陶瓷(ThermalCeramicCoating, TCC),起隔热作用;陶瓷层与基体之间粘结层(Bond Coating, BC),起改善基体与陶瓷涂层物理相容性的作用。热障涂层的金属粘结层韧性好,可以分担部分机械载荷,因而可以使发动机热端部件在承受高的热负荷和强大的机械负荷方面有较好的表现。热障涂层的作用主要体现在隔热和保护内燃机热端部件金属基体这两方面。实验研究证明,球墨铸铁基体合金上制备热障涂层,经过几十小时的热循环试验,在粘结层与基体之间产生热生长氧化物,不规则的大块状氧化物存在易引起局部应力集中,致使热障涂层产生裂纹,进而脱落失效,基体金属受到进一步腐蚀。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足,为了改善基体的抗热腐蚀性能,延长热障涂层的使用寿命,提出一种在球墨铸铁上利用化学镀技术制备抗腐蚀性能极好的镍磷层,再在其上依次制备粘结层和陶瓷层,可以有效提基体的抗热腐蚀性能,延长热障涂层的使用寿命。
[0005] 本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现:
[0006] 一种含有抗热腐蚀过渡底层的热障涂层,其在基体与粘结层之间设置一层化学镀层,陶瓷热障涂层由三层构成,依次为化学镀层、粘结层和陶瓷涂层。
[0007] 上述热障涂层的制备方法,按照下述步骤进行:
[0008] 步骤I,在基体上通过化学镀制备镍磷层;
[0009] 步骤2,在所述镍磷层上通过超音速火焰喷涂制备粘结层;
[0010] 步骤3,在所述粘结层上通过大气等离子喷涂制备陶瓷层;
[0011] 步骤4,对上述制备的涂层进行循环热处理。
[0012] 在所述步骤I中,所述基体在进行化学镀之前,对基体材料进行处理:表面用砂纸进行打磨,去氧化层,使基体表面平整光亮,然后顺序进行喷砂粗化、清洗除油、碱洗和酸洗,其中所述的喷砂工艺参数为:白刚玉Al203/60号,喷砂气压:0.8MPa,喷砂距离:100mm,喷砂角度:90° ;使用体积比为1:1的乙醇与丙酮混合液在超声波清洗器中清洗除油10〜15min ;然后将试样放入温度为80〜100°C,质量浓度为40〜60g/LNa0H水溶液中碱洗
10〜15min,然后用去离子水清洗干净;进行酸洗时,将经过碱洗得式样放入HF =HNO3 =H2O按体积比为5: (30〜40): (50〜65)的混合溶液中,进行酸洗粗化,时间为10〜30S,然后用去尚子水清洗干净。
[0013] 在所述步骤I中,进行化学镀镍磷层时,镀液(水溶液)组成如下:硫酸镍15_25g/L,还原次磷酸钠35〜45g/L,硫酸铵30〜50g/L,乙酸钠30〜50g/L,乙酸铅0.5〜1.5mg/L;控制pH6〜7,温度70〜80°C,时间40〜60min,将得到的试样置于真空加热炉中,温度400。。,时间 I 〜2h。
[0014] 在所述步骤2中,在所述镍磷层上通过超音速火焰喷涂制备粘结层,所述粘结层的厚度为100〜150 μ m,所述的超音速火焰喷涂工艺参数为:氧气的压力和流量分别为IMPa和17m3/h,氢气压力和流量分别为0.6MPa和40m3/h,送粉气体为氮气,其压力和流量分别为0.3MPa和0.3m3/h,喷涂距离为260〜300mm,送粉量为20〜40g/min,使用的粉末为美国苏尔寿美科公司(SulzerMetco)Amdry9951,成份为 Co-32N1-21Cr_8Al-(X 5Y (wt%,32% Ni, 21% Cr, 8% Al, 0.5% Y,其余为 Co)或者 NiCrAlY (N1-22Cr-10Al-lY, wt%, 22%22Cr,10% Al,l% Y,其余为Ni),粉末粒度为10〜100 μ m,优选20〜45 μ m。
[0015] 在所述步骤3中,在所述粘结层上通过大气等离子喷涂制备陶瓷层,厚度为200〜500 μ m,优选200〜300 μ m,所述的大气等离子喷涂工艺参数为:喷涂距离为80〜180mm,优选100〜150mm,送粉气体为氮气,其压力和流量分别为0.6MPa和lm3/h,送粉率为20〜40g/min,工作气体的主气为氩气,压力和流量分别为0.6Mpa和3m3/h,次气为氢气压力和流量分别为0.6Mpa和0.07m3A,喷涂功率在20〜50kw,喷涂电流400〜800A,枪速为300-600mm/s,所述陶瓷层原料组分为 92% Zr02-8%Y203 (wt%)。
[0016] 在所述步骤4中,选择普通大气环境中进行,将有制备陶瓷层的一面加热至850-9500C,保温扩散至少2min,优选10〜30min,同时利用压缩空气对背面基体进行冷却,保证基体温度小于500°C,优选300〜400°C,而后通过水冷方式降温至20〜40°C ;进行热循环处理时,一次热循环需要用时为t,累计循环次数为n,进行热循环处理的时间(nX t)至少50h,优选80— 95h。
[0017] 在制备得到含有抗热腐蚀过渡底层的热障涂层后,采用步骤4的方法进行热循环实验,即在相同处理条件下反复进行升温和降温过程如下:在大气环境中,试样制备陶瓷层的一面加热至900°C,保温扩散时间2min,而后水冷方式降温至20°C,进行循环实验;利用压缩空气对背面基体进行冷却,保证基体温度300°C。
[0018] 如附图7所不,未经化学镀试样1、2、3号;含有镍磷镀层试样4、5、6号。陶瓷层出现明显脱落,即认定为试样失效。1、2、3号试样在累积循环589次、646次和1005次,陶瓷层剥离,宏观形貌如图(I)、(2)、(3)所示。。4、5、6号试样经过累积循环1248次,1441次和1354次,陶瓷涂层剥落,宏观形貌如图(4)、(5)、(6)所示。经化学镀镍磷抗热腐蚀过渡底层,寿命提高了 79.3%,效果明显。
[0019] 本发明的技术方案通过化学镀抗热腐蚀镍磷过渡底层来延长热障涂层的使用寿命,形成的热障涂层,包括基底合金材料、设置在所述基体上的N1-P镀层以及基体与镀层界面上的互扩散层、设置在所述化学镀层上的Co-Ni基粘结层、设置在所述Co-Ni基粘结层上的以C1-Al2O3或(Cr,AD2O3为主的热生长氧化层(即在所述粘结层和陶瓷层之间形成以a -Al2O3或(Cr,AD2O3为主的热生长氧化层)、设置在所述热生长氧化层上的金属陶瓷层。所述的基底合金材料为用于内燃机或陆用燃气轮机的球墨铸铁QT-500 (wt%, C:2.96~
3.35 ;Si:2.34 ~2.86 ;Mn:0.50 ~0.68 ;S:0.015 ~0.019 ;P:0.038 ~0.053,其余为 Fe);所述的热障涂层的粘结层为 NiCrAlY:N1-22Cr-10Al-lY (wt%,22% 22Cr,10% Al,l% Y,其余为 Ni)或 CoNiCrAH(AMDRY9951,Co-32N1-lCr-8Al-0.5Y, wt%,32% Ni,21% Cr,8%ΑΙ,Ο.5% Y,其余为 Co),陶瓷层的成分为 92% Zr02-8%Y203 (wt%)。
[0020] 本发明的技术方案通过在传统的双层热障涂层系统的基础上设置化学镀N1-P阻扩散层如图8所示,含有抗热腐蚀过渡底层热障涂层系统由四部分组成,分别是QT-500、N1-P、BC、TC。图9为未经化学镀试样经646次热循环实验后截面微观形貌,可以看出,在粘结层与基体界面上已经产生TGO层,其特征是靠近粘结层的一面生成连续、致密的氧化层,主要成分是Al2O3,这一层氧化物的存在一定程度上阻挡了来自界面之间的元素扩散;而靠近基体的一侧发现有大量孔隙及大块状氧化物,主要成分是尖晶石类氧化物Cr2O3,这是由于在热循环过程中,Al元素大量优先选择向粘结层与陶瓷层界面扩散并生成致密连续的TGO层,而在氧化后期出现贫Al现象。从下表和图10可以发现Cr元素比例占到15.2%,Cr元素在粘结层与基体界面聚集生成大块状氧化物,其容易引起局部的应力集中,进一步成为裂纹萌生的部位,最终造成陶瓷涂层脱落失效。
[0021]
Figure CN103465549AD00061
[0022] 图11为含有化学镀N1-P层的试样经过1354次热循环试验后截面微观形貌,发现在镀层与粘结层,镀层与基体之界面形成一薄层互扩散层,结合致密连续。下表是含有化学镀层试样经过1354次热循环氧化之后基体中标注点位置的能谱,发现靠近基体界面Cr元素的含量极少,说明镀层对其扩散起到显著的作用,从而抑制界面尖晶石的生成,后续延长了热障涂层高温服役寿命。
[0023]
Figure CN103465549AD00071
[0024] 本发明属于涂层制备技术领域,特别是涉及一种在球墨铸铁表面化学镀抗腐蚀镍磷镀层,在其上制备热障涂层,通过改善粘结层与基体之间的制备阻扩散层,提高热障涂层的抗热冲击性,延长其使用寿命。本发明通过在球墨铸铁表面制备均匀,致密的镍磷镀层,作为基体与热障涂层的过渡及基体保护涂层,能显著提高球墨铸铁的抗腐蚀性能及热障涂层的抗热震性能,延长了热障涂层的使用寿命。镍磷化学镀层致密,与基体结合强度高,抗腐蚀性能优异,可应用于不同成分的球墨铸铁基体。本发明的热障涂层系统是在基体上化学镀镍磷层,与粘结层及陶瓷层构成具有抗腐蚀性能较好镍磷镀层的陶瓷热障涂层系统。附图说明
[0025] 图1为含有抗腐蚀化学镀过渡底层热障涂层制备工艺流程图。
[0026] 图2为本发明制备的具有抗腐蚀化学镀过渡底层热障涂层的示意图,其中I为基体;2为化学镀层;3为粘结层;4为金属陶瓷层。
[0027] 图3为传统双层结构热障涂层的示意图,其中I为基体;3为粘结层;4为金属陶瓷层。
[0028] 图4为传统双层结构热障涂层的元素扩散及热生长氧化物分布示意图,其中I为基体;2为化学镀层;3为粘结层;4为金属陶瓷层;5为第一热生长氧化物层(TG01);6为第二热生长氧化物层(TG02 )。
[0029] 图5为本发明的含有抗腐蚀化学镀过渡底层热障涂层元素扩散及热生长氧化物分布示意图,其中I为基体;2为化学镀层;3为粘结层;4为金属陶瓷层;5为第一热生长氧化物层(TGOl) ;6为第二热生长氧化物层(TG02)。
[0030] 图6为本发明的含有镍磷镀层热障涂层系统截面微观形貌照片(SEM)。
[0031] 图7为未使用本发明专利所述化学镀的试样和使用本发明专利所述化学镀后得到试样在累积循环后的宏观形貌,其中(I) (2)和(3)分别是未使用本发明专利所述化学镀的试样累积循环589 (40h)、646 (43h)次和1005 (67h)次,(4) (5)和(6)分别是使用本发明专利所述化学镀后得到试样累积循环1248 (83h)次,1441 (96h)次和1354 (90h)次。
[0032] 图8为含有抗热腐蚀过渡底层热障涂层中设置化学镀N1-P阻扩散层。
[0033] 图9为未使用本发明专利所述化学镀的试样经646次热循环实验后截面微观形貌
(I)。
[0034] 图10为未使用本发明专利所述化学镀的试样经646次热循环实验后,粘结层与基体界面上热生长氧化物微观形貌(2),其中基体金属靠近TGO层附近的标记位置能谱。
[0035] 图11为使用本发明专利所述化学镀的试样经过1354次热循环试验后截面微观形貌(I)。
[0036] 图12为使用本发明专利所述化学镀的试样经过1354次热循环试验后截面微观形貌(2),其中基体金属靠近镀层附近的标记位置能谱。
具体实施方式
[0037] 下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。使用球墨铸铁QT_500(wt%,C:2.96 〜3.35 ;S1:2.34 〜2.86 ;Mn:0.50 〜0.68 ;S:0.015 〜0.019 ;P:0.038 〜0.053,其余为Fe)
[0038] 实施例1:
[0039] 采用球墨铸铁作为基体,将基体用电火花线切割方法制备成(j525mmX3mm的圆片形试样。将已切割的球墨铸铁试样作为喷涂基底的一面用砂纸进行打磨,去氧化层,使基体表面平整光亮。采用60号刚玉砂进行喷砂粗化,喷砂气压0.8MPa,喷砂距离100mm,喷砂角度90°。将基体4置于乙醇和丙酮的混合液中,在超声波清洗器中清洗除油10〜15min,得到试样放入温度为80〜100°C,质量浓度为40〜60g/LNa0H溶液中碱洗10〜15min,然后用去离子水清洗干净。酸洗粗化表面,将经过碱洗得式样放入HF:HN03:H20按体积比为5:(30〜40): (50〜65)的混合溶液中,进行酸洗粗化,时间为10〜30S,然后用去离子水清洗干净。得到的试样进行化学镀镍磷处理,镀液组成如下:硫酸镍15-25g/L,还原次磷酸钠35〜45g/L,硫酸铵30〜50g/L,乙酸钠30〜50g/L,乙酸铅0.5〜1.5mg/L;控制Ph6〜
7,温度70〜80°C,时间40〜60min。将得到的试样置于真空加热炉中,温度400°C,时间I〜2h。采用超音速火焰喷涂设备制备NiCrAH合金粘结层2,粉末粒度为20〜45 μ m,涂层厚度为100 μ m,喷涂工艺参数为:喷涂前适当预热,氧气的压力和流量分别为IMPa和17m3/h,氢气压力和流量分别为0.6MPa和40m3/h,送粉气体为氮气,其压力和流量分别为
0.3MPa和0.3m3/h,喷涂距离为260〜300mm,送粉率为20〜40g/min,喷涂后用压缩空气冷却。利用等离子喷涂设备在粘结层3表面制备Zr02+8wt.%Y203陶瓷隔热层1,粉末粒度为45〜75 μ m。喷涂工艺参数:喷涂距离为100〜150mm,送粉气体为氮气,其压力和流量分别为0.6MPa和lm3/h,送粉率为20〜40g/min,工作气体的主气为氩气,压力和流量分别为0.6Mpa和3m3/h,次气为氢气压力和流量分别为0.6Mpa和0.07m3/h,电压为70V,电流为600A,涂层厚度为200〜300 μ m。
[0040] 实施例2
[0041] 采用球墨铸铁作为基体材料,按照实施例1的方法一次进行制样表面去氧化膜,酸洗碱洗处理,化学镀镍磷层。将得到的试样置于真空加热炉中,温度400°C,时间I〜2h。采用超音速火焰喷涂设备制备CoNiCrAH合金粘结层2,粉末粒度为20〜45 μ m,涂层厚度为100 μ m,喷涂工艺参数为:喷涂前适当预热,氧气的压力和流量分别为0.7MPa和12m3/h/h,丙烷气体压力和流量分别为0.6MPa和1.0m3/h,送粉气体为氮气,其压力和流量分别为0.6MPa和0.96m3A,喷涂距离为260〜300mm,送粉率为20〜40g/min,喷涂后用压缩空气冷却。利用等离子喷涂设备制备Zr02+8wt.%Y203陶瓷隔热层I,粉末粒度为45〜75 μ m,喷涂工艺参数:喷涂距离为100〜150mm,送粉气体为氩气,其压力和流量分别为0.6MPa和lm3/h,送粉率为20〜40g/min,工作气体的主气为氩气,压力和流量分别为0.6Mpa和3m3/h,次气为氦气压力和流量分别为0.6Mpa和0.07m3/h电压为70V,电流为600A,涂层厚度为200 〜300 μ mD
[0042] 实施例3
[0043] 采用球墨铸铁作为基体材料,按照实施例1的方法一次进行制样表面去氧化膜,酸洗碱洗处理,浸锌处理。与实施例1不同的是,此实验采用酸性化学采用酸性化学镀,镀液组成如下:主盐硫酸镍20〜35g/L,还原剂次磷酸钠20〜40g/L,乳酸15〜25g/L,乙酸钠30〜40g/L ;控制Ph4〜5,温度70〜85°C,时间40〜60min ;用蒸馏水冲洗,吹干,得到表面均匀,致密,与基体结合强度高,厚度为20〜40um的镍磷层。将得到的试样置于真空加热炉中,温度400°C,时间I〜2h。利用采用超音速火焰喷涂设备制备NiCrAH合金粘结层2,利用等离子喷涂设备在粘结层3表面制备Zr02+8wt.%Y203陶瓷隔热层1,工艺参数与实施例1相同。
[0044] 实施例4
[0045] 采用球墨铸铁作为基体材料,按照实施例1的方法一次进行制样表面去氧化膜,酸洗碱洗处理。按照实施例3的方法制备化学镀镍磷层2,镀液组成与实例3相同。将得到的试样置于真空加热炉中,温度400°C,时间I〜2h。采用超音速火焰喷涂设备在镀层3上制备CoNiCrAH合金粘结层2,粉末粒度为20〜45 μ m,涂层厚度为100 μ m,喷涂工艺参数为:喷涂前适当预热,氧气的压力和流量分别为0.7MPa和12m3/h,丙烷气体压力和流量分别为0.6MPa和1.0m3A,送粉气体为氮气,其压力和流量分别为0.6MPa和0.96m3/h,喷涂距离为260〜300mm,送粉率为20〜40g/min,喷涂后用压缩空气冷却。利用等离子喷涂设备在粘结层2上制备Zr02+8wt.%Y203陶瓷隔热层1,工艺参数与实例2相同。
[0046] 对比含有镀层的热障涂层系统与经典热障涂层系统,如附图2、3、4和5所示。图4,5分别表示的是经过数百次热循环实验后,经典热障涂层系统和含有抗热腐蚀镀层陶瓷系统元素主要元素的扩散方向。由于Al相比较Ni,Cr, Co的氧化势能最低,在粘结层3与陶瓷层4界面形成TGO层5,这样Al便与粘结层内部形成一定的浓度梯度,粘结层2内部Al将向表层扩散,同时,由于粘结层2与基体I也存在Al的浓度梯度,故粘结层2中Al同时向两个方向扩散;活跃Al扩散至界面处首先与O结合,分别产生热生长氧化物TG05和TG06,均匀、连续、致密的氧化铝对氧化后期元素的扩散尤其是O元素的扩散有阻挡作用,然而,随着氧化时间的推移,会出现Al元素的贫乏,Ni, Cr, Co等元素与O结合产生尖晶石类氧化物,呈不连续块状,从而基体受到进一步腐蚀。如图5所示,由于预制一层与基体结合强度高、致密的镍磷化学镀层,有效的阻止有害元素的向基体扩散,延缓不利氧化物的形成,延长了热障涂层系统的使用寿命。
[0047] 以上对本发明做了示例性的描述,应该说明的是,在不脱离本发明的核心的情况下,任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种含有抗热腐蚀过渡底层的热障涂层,其特征在于,在基体与粘结层之间设置一层化学镀层,陶瓷热障涂层由三层构成,依次为化学镀层、粘结层和陶瓷涂层,其中所述化学镀层为N1-P镀层,所述粘结层为Co-Ni基粘结层,所述陶瓷层组分为92wt %Zr02-8wt%Y203,在所述粘结层和陶瓷层之间形成以a -Al2O3或(Cr,Α1)203为主的热生长氧化层。
2.根据权利要求1所述的一种含有抗热腐蚀过渡底层的热障涂层,其特征在于,进行化学镀镍磷层时,镀液(水溶液)组成如下:硫酸镍15-25g/L,还原次磷酸钠35~45g/L,硫酸铵30~50g/L,乙酸钠30~50g/L,乙酸铅0.5~1.5mg/L;控制pH6~7,温度70~80°C,时间40~60min,将得到的试样置于真空加热炉中,温度400°C,时间I~2h。
3.根据权利要求1所述的一种含有抗热腐蚀过渡底层的热障涂层,其特征在于,所述粘结层为 NiCrAlY:N1-22Cr-10Al-lY (wt%,22% 22Cr, 10% Al, I % Y,其余为 Ni)或CoNiCrAlY(AMDRY9951, Co-32N1-lCr-8Al-0.5Y, wt%, 32% Ni, 21 % Cr, 8% Al, 0.5% Y,余为Co),通过超音速火焰喷涂制备粘结层,所述粘结层的厚度为100~150 μ m。
4.根据权利要求1所述的一种含有抗热腐蚀过渡底层的热障涂层,其特征在于,在所述粘结层上通过大气等离子喷涂制备陶瓷层,所述陶瓷层组分为92wt% Zr02-8wt%Y203,厚度为200~500 μ m,优选200~300 μ m。
5.根据权利要求1所述的一种含有抗热腐蚀过渡底层的热障涂层,其特征在于,所述的基底合金材料为用于内燃机或陆用燃气轮机的球墨铸铁QT-500 (wt%,C:2.96~3.35 ;Si:2.34 ~2.86 ;Mn:0.50 ~0.68 ;S:0.015 ~0.019 ;P:0.038 ~0.053,其余为 Fe)。
6.一种含有抗热腐蚀过渡底层的热障涂层的制备方法,其特征在于,按照下述步骤进行: 步骤I,在基体上通过化学镀制备镍磷层; 步骤2,在所述镍磷层上通过超音速火焰喷涂制备粘结层; 步骤3,在所述粘结层上通过大气等离子喷涂制备陶瓷层; 步骤4,对上述制备的涂层进行循环热处理;` 在所述步骤I中,进行化学镀镍磷层时,镀液(水溶液)组成如下:硫酸镍15-25g/L,还原次磷酸钠35~45g/L,硫酸铵30~50g/L,乙酸钠30~50g/L,乙酸铅`0.5~1.5mg/L;控制pH6~7,温度70~80°C,时间40~60min,将得到的试样置于真空加热炉中,温度400。。,时间 I ~2h ; 在所述步骤2中,在所述镍磷层上通过超音速火焰喷涂制备粘结层,所述粘结层的厚度为100~150 μ m,所述的超音速火焰喷涂工艺参数为:氧气的压力和流量分别为IMPa和17m3/h,氢气压力和流量分别为0.6MPa和40m3/h,送粉气体为氮气,其压力和流量分别为`0.3MPa和0.3m3/h,喷涂距离为260~300mm,送粉量为20~40g/min,粉末粒度为10~`100 μ m ; 在所述步骤3中,在所述粘结层上通过大气等离子喷涂制备陶瓷层,厚度为200~`500 μ m,所述的大气等离子喷涂工艺参数为:喷涂距离为80~180mm,优选100~150mm,送粉气体为氮气,其压力和流量分别为0.6MPa和lm3/h,送粉率为20~40g/min,工作气体的主气为氩气,压力和流量分别为0.6Mpa和3m3/h,次气为氢气压力和流量分别为0.6Mpa和`0.07m3A,喷涂功率在20~50kw,喷涂电流400~800A,枪速为300-600mm/s,所述陶瓷层组分为 92wt% Zr02-8wt%Y203 ; 在所述步骤4中,选择普通大气环境中进行,将有制备陶瓷层的一面加热至850-950°C,保温扩散至少2min,同时利用压缩空气对背面基体进行冷却,保证基体温度小于500°C,而后通过水冷方式降温至20~40°C。
7.根据权利要求6所述的一种含有抗热腐蚀过渡底层的热障涂层的制备方法,其特征在于,在所述步骤I中,所述基体在进行化学镀之前,对基体材料进行处理:表面用砂纸进行打磨,去氧化层,使基体表面平整光亮,然后顺序进行喷砂粗化、清洗除油、碱洗和酸洗,其中所述的喷砂工艺参数为:白刚玉Al203/60号,喷砂气压:0.8MPa,喷砂距离:100mm,喷砂角度:90° ;使用体积比为1:1的乙醇与丙酮混合液在超声波清洗器中清洗除油10~15min ;然后将试样放入温度为80~100°C,质量浓度为40~60g/LNa0H水溶液中碱洗10~15min,然后用去离子水清洗干净;进行酸洗时,将经过碱洗得式样放入HF =HNO3 =H2O按体积比为5: (30~40): (50~65)的混合溶液中,进行酸洗粗化,时间为10~30S,然后用去尚子水清洗干净。
8.根据权利要求6所述的一种含有抗热腐蚀过渡底层的热障涂层的制备方法,其特征在于,在所述步骤 2 中,使用的粉末为 Co-32N1-21Cr-8Al-0.5Y(wt%,32% Ni, 21% Cr,8%Al, 0.5% Y,其余为 Co)或者 NiCrAlY (N1-22Cr-10Al-lY, wt%, 22% 22Cr, 10% Al, 1% Y,其余为Ni),粉末粒度为10~100 μ m,优选20~45 μ m。
9.根据权利要求6所述的一种含有抗热腐蚀过渡底层的热障涂层的制备方法,其特征在于,在所述步骤3中,在所述粘结层上通过大气等离子喷涂制备陶瓷层,厚度优选200~300 μ m ;在所述步骤4中,保温扩散优选10~30min,同时利用压缩空气对背面基体进行冷却,保证基体温度优选300~400°C ;进行热循环处理的时间至少50h,优选80— 95h。
10.如权利要求6所述的一 种含有抗热腐蚀过渡底层的热障涂层的制备方法在球墨铸铁QT-500上形成热障涂层的应用,其中所述球磨铸铁的元素质量百分含量为C:2.96~3.35 ;Si:2.34 ~2.86 ; Mn:0.50 ~0.68 ;S:0.015 ~0.019 ;P:0.038 ~0.053,其余为 Fe。
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