CN105112842A - 一种含有隔热陶瓷层的热障涂层及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含有隔热陶瓷层的热障涂层，和传统的热障涂层相比较，添加碳粉经高温煅烧改性后可提高陶瓷相的孔隙率，且在喷涂过程中部分粒子在等离子射流中熔化不充分，在撞击基体时变形程度稍弱，易形成搭接在一起的多孔结构，使涂层的隔热性能明显提高，其次本发明通过改性方法，二氧化锆晶格中Y3+、Ce4+取代Zr4+，产生了氧空位和局部的应力场，增加了晶格中的声子散射，热导率明显降低，而且固溶原子Ce的原子量远远大于Ｙ的原子量，可显著提高本发明产品中的声子的散射强度，从而降低了热导率，本发明制备工艺简单，所制备的涂层表面硬度高和金属基体结合牢固、隔热效果良好。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷材料加工技术领域，具体涉及一种含有隔热陶瓷层的热障涂层及其制作方法。
背景技术
随着航空燃气轮机向高流量比、高推重比、高进气口温度方向发展，燃烧室中的工作温度已经远远超过了Ni基高温合金的使用温度极限。在高温合金基体表面制备热障涂层，对提高基体承温能力有非常直接的效果，从而有效提高零件的工作温度，延长使用寿命。
热障涂层通是一种利用导热系数相对低的材料，用合适的技术涂覆于高温合金基体表面从而起到隔热作用的功能涂层。典型的热障涂层由高温合金基体、金属粘结层和顶部隔热陶瓷涂层组成。其中，高温合金基体主要承受机械载荷；粘结层主要起改善基体与陶瓷涂层物理相容性和抗氧化腐蚀的作用；顶部陶瓷层主要作用是隔绝热量并产生温度梯度，其微观组织结构对热障涂层的隔热性能和使用寿命起关键作用。但当热障涂层应用于日益增高的工作温度时，将面临更苛刻的工作环境，现有技术制得的热障涂层存在易发生相变、抗氧化性低、强度小、高温稳定性差、易产生高温腐蚀等缺陷，难以满足涡轮进口温度进一步提高的需要。因此，寻找更好的隔热性能以及在高温条件下稳定性佳、抗高温腐蚀性优的新型热障涂层材料成为近年来热障涂层领域研究的热点。
发明内容
本发明的目的就是提供一种含有隔热陶瓷层的热障涂层及其制作方法，以克服现有技术的不足。
本发明的目的是这样实现的：
一种含有隔热陶瓷层的热障涂层，其特征在于，由下列重量份的原料制成：氧化铈37-40、二氧化锆28-30、氧化钇17-20、碳粉8-10、纳米碳化硅0.5-0.8、二硫化钼1.2-2.1、NiCoCrAlYTa合金粉67-70、硅酸钾0.4-0.7、酚醛树脂5-8、钙累托石粉20-23。
所述的一种含有隔热陶瓷层的热障涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将纳米碳化硅、NiCoCrAlYTa合金粉于670-760℃高温处理30-50分钟，迅速冷却至室温，加入硅酸钾超声波研磨20-40分钟，加热至熔融，搅拌5-8h，真空气氛下冷凝成型，研磨成粉制得改性金属粘结层；
（2）将碳粉加入到球磨机中，喷入熔融状态的酚醛树脂拌匀，加入二硫化钼，常温下进行球磨、混合、打散制得改性碳粉；
（3）将改性碳粉、氧化铈、二氧化锆、氧化钇经1530-1640℃高温煅烧2-4小时，冷却加入其它剩余成分研磨至200-300目，制得改性陶瓷粉；
（4）将高温合金基体经过超声除油、喷砂前处理后，通过电热爆炸喷涂法将步骤（1）物料均匀喷涂在在高温合金基体上；
（5）最后通过大气等离子喷涂方法，采用500A的喷涂电流将步骤（3）制得改性陶瓷粉沉积在金属粘结层上。
本发明有以下有益效果：本发明制得的热障涂层和传统的热障涂层相比较，添加碳粉经高温煅烧改性后可提高陶瓷相的孔隙率，且在喷涂过程中部分粒子在等离子射流中熔化不充分，在撞击基体时变形程度稍弱，易形成搭接在一起的多孔结构，使涂层的隔热性能明显提高，其次本发明通过改性方法，二氧化锆晶格中Y3+、Ce4+取代Zr4+，产生了氧空位和局部的应力场，增加了晶格中的声子散射，热导率明显降低，而且固溶原子Ce的原子量远远大于Ｙ的原子量，可显著提高本发明产品中的声子的散射强度，从而降低了热导率，本发明制备工艺简单，所制备的涂层表面硬度高和金属基体结合牢固、隔热效果良好。
具体实施方式
所述的一种含有隔热陶瓷层的热障涂层，其特征在于，由下列重量份的原料制成：氧化铈38、二氧化锆29、氧化钇17、碳粉8、纳米碳化硅0.5、二硫化钼1.2、NiCoCrAlYTa合金粉67、硅酸钾0.4、酚醛树脂8、钙累托石粉20。
制作方法包括以下步骤：
（1）将纳米碳化硅、NiCoCrAlYTa合金粉于670-760℃高温处理30-50分钟，迅速冷却至室温，加入硅酸钾超声波研磨20-40分钟，加热至熔融，搅拌5-8h，真空气氛下冷凝成型，研磨成粉制得改性金属粘结层；
（2）将碳粉加入到球磨机中，喷入熔融状态的酚醛树脂拌匀，加入二硫化钼，常温下进行球磨、混合、打散制得改性碳粉；
（3）将改性碳粉、氧化铈、二氧化锆、氧化钇经1530-1640℃高温煅烧2-4小时，冷却加入其它剩余成分研磨至200-300目，制得改性陶瓷粉；
（4）将高温合金基体经过超声除油、喷砂前处理后，通过电热爆炸喷涂法将步骤（1）物料均匀喷涂在在高温合金基体上；
（5）最后通过大气等离子喷涂方法，采用500A的喷涂电流将步骤（3）制得改性陶瓷粉沉积在金属粘结层上。
使用本发明生产的热障涂层的技术参数指标如下：
（1）涂层孔隙率：17.8%；
（2）经金相显微镜测得涂层截面有较多的闭合孔隙和垂直微裂纹；
（3）通过测量涂层表面和样品背面的温度差计算涂层的隔热性能，提高幅度最高达到了约51.4%。
Claims (4)
1.一种含有隔热陶瓷层的热障涂层，其特征在于，由下列重量份的原料制成：氧化铈37-40、二氧化锆28-30、氧化钇17-20、碳粉8-10、纳米碳化硅0.5-0.8、二硫化钼1.2-2.1、NiCoCrAlYTa合金粉67-70、硅酸钾0.4-0.7、酚醛树脂5-8、钙累托石粉20-23。
2.根据权利要求1所述的一种含有隔热陶瓷层的热障涂层的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将纳米碳化硅、NiCoCrAlYTa合金粉于670-760℃高温处理30-50分钟，迅速冷却至室温，加入硅酸钾超声波研磨20-40分钟，加热至熔融，搅拌5-8h，真空气氛下冷凝成型，研磨成粉制得改性金属粘结层；
（2）将碳粉加入到球磨机中，喷入熔融状态的酚醛树脂拌匀，加入二硫化钼，常温下进行球磨、混合、打散制得改性碳粉；
（3）将改性碳粉、氧化铈、二氧化锆、氧化钇经1530-1640℃高温煅烧2-4小时，冷却加入其它剩余成分研磨至200-300目，制得改性陶瓷粉；
（4）将高温合金基体经过超声除油、喷砂前处理后，通过电热爆炸喷涂法将步骤（1）物料均匀喷涂在在高温合金基体上；
（5）最后通过大气等离子喷涂方法，采用500A的喷涂电流将步骤（3）制得改性陶瓷粉沉积在金属粘结层上。
3.根据权利要求2所述的一种含有隔热陶瓷层的热障涂层的制作方法，其特征在于，所述的金属粘结层涂覆厚度为100μｍ，陶瓷层涂覆厚度为300μｍ。
4.根据权利要求2所述的一种含有隔热陶瓷层的热障涂层的制作方法，其特征在于，所述的高温合金基体为K4169高温合金。
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