CN1056198C - 溶胶凝胶法制备抗高温氧化陶瓷涂层的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种简便而有效的在高温合金衬底上制备抗高温氧化ZrO2-Y2O3陶瓷涂层的新工艺，即：利用有机醇盐制备非聚焦态的ZrO2-Y2O3复合Sol，颗粒平均尺寸＜5nm，呈非晶态；经过反复Dip-coating，使SOl在金属基体上进行Sol-Gel转变，经过严格的焙烧和致密化，可以得到厚度为6um的均匀涂层，高温静态抗氧化性可低达摄氏1000度，100小时增重0.2mg/cm2。本工艺可以用在高温合金涡轮叶片，不锈钢工件及其它要求抗高温氧化工件的内外表面，并不受内外表面形状的限制。

Description

溶胶凝胶法制备抗高温氧化陶瓷涂层的工艺方法
本发明属于在合金基体上制备高温抗氧化涂层技术。采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)方法及特殊的焙烧制度，可获得厚达6μm左右的陶瓷涂层，从而达到抗高温氧化的目的。
在合金上包复抗氧化层的方法有多种：如火焰喷涂，等离子喷涂等等，这些方法虽被广泛应用，但它们普遍存在着致密性不好，工件形状要求高(不适合于复杂形状表面和小孔径内表面的喷涂)，能耗大，设备复杂，成本高的问题。溶胶-凝胶方法正相反，它可以降低烧结温度，细化显微组织，获得非常纯净，化学计量精确，密度接近理论密度的陶瓷氧化物涂层。而且工艺简便，设备简单，能耗低，对工件的内表面形状几乎没有任何限制。溶胶-凝胶方法目前已广泛用于核燃料粉末，超微颗粒，陶瓷纤维，各种功能性薄膜等的制备。采用有机醇盐，以溶胶-凝胶方法制备可用于高温合金的抗高温氧化陶瓷涂层在国内外还未见任何报道。
本发明的目的在于提供一种简便易行的制备ZrO2-Y2O3高温抗氧化陶瓷涂层的工艺方法。其特点是从有机酸盐出发；采用溶胶—凝胶工艺，以浸涂(Dip-coating)方法和本发明提出的焙烧制度。所制备的陶瓷涂层可用于高温合金涡轮叶片的防护涂层，也可以用于不锈钢和其它合金的抗高温氧化涂层。ZrO2-Y2O3溶胶也可以从无机盐出发制备，但由于残存的酸根离子很难彻底除去，涂层抗氧化的效果并不十分理想。而采用本发明从有机醇盐出发制备的ZrO2-Y2O3溶胶则不含任何酸根和杂质，从而更适合干制备高性能抗氧化ZrO2-Y2O3陶瓷涂层。
本发明采用异丙醇钇制备在有机溶液中呈胶体颗粒的含水分散体系(溶胶Sol)，其颗粒尺寸为20-1μm，将工件在溶胶中浸涂后干燥脱水转为凝胶，再经过焙烧，致密化而成为陶瓷涂层。这种工艺的特点是涂层非常纯净，化学计量精确，焙烧温度低，在850℃左右即可获得密度接近理论密度的氧化物陶瓷涂层。
本发明的典型工艺是：
   复合溶胶由异丙醇锆和异丙醇钇组成；
      配比：ZrO2     70-98％
            Y2O3    2-30％
      浓度：0.1-1M
      浸涂时间：10-40秒
      提升速度：＜1mm/s
      浸涂后在空气中凝胶化的时间：2-48小时
   焙烧制度：
      升温速度：＜160℃     ＜1℃/分
               160-280℃    ＜2℃/分
               280-480℃    ＜3℃/分
               480-850℃    ＜4℃/分
      保温时间：850℃，15-60分钟
      降温制度：随炉冷却
      气氛：实验室大气环境
      致密化：温度：900-1100℃
             时间：15分钟-120分钟
浸涂的次数和焙烧次数视要求的涂层厚度而定，一般为4-10次。
按上述工艺可制备厚度达6μm的ZrO2-Y2O3涂层，对GH220/CoNiCrAlSiHf/ZrO2-Y2O3涂层在1000℃×100h静态氧化情况下增重仅为0.2mg/cm2。
本发明的特点是从有机醇盐出发，采用溶胶-凝胶工艺，以浸涂方法和本发明提出的焙烧制度。所制备的陶瓷涂层可用于高温合金涡轮叶片的防护涂层，也可以用于不锈钢和其它合金的抗高温氧化涂层。与传统陶瓷涂层制备方法(如火焰喷涂和等离子喷涂)相比，不仅可以降低烧结温度，细化显微组织，获得非常纯净，化学计量精确，密度接近理论密度的陶瓷氧化物涂层，而且工艺简便，设备简单，能耗低，对工件的内外表面形状几乎没有任何限制。ZrO2-Y2O3溶胶也可以从无机盐出发制备，但由于残存的酸根离子很难彻底除去，涂层抗氧化的效果并不十分理想。而采用本发明从有机酸盐出发制备的ZrO2-Y2O3溶胶则不含任何酸根和杂质。从而更适合于制备高性能抗氧化ZrO2-Y2O3陶瓷涂层。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明所采用的工艺流程示意图。
先将异丙醇锆和异丙醇钇分别溶于苯或异丙醇溶液中，溶解温度为70℃，按计算的化学配比将两种溶液混合制成溶胶。将工件在上述溶液中进行浸涂后置于空气中干燥，干燥时间为24小时，完成溶胶-凝胶转变，然后再按设定的焙烧制度(见前述)焙烧。焙烧的目的是充分地去除凝胶中的水份，和有机组份，并完成初步的致密化。最后进行1000℃×30分钟致密化处理即可得到附着良好的致密的ZrO2-Y2O3陶瓷涂层，浸涂的次数视最终要求的陶瓷涂层厚度而定。
按上述工艺制备的溶胶呈非聚集态，胶体粒子尺寸为20-1μm，经X射线衍射研究结果表明为非晶态。
图2为以本发明的方法制备的GH220/CoNiCrAlSiHf/ZrO2-Y2O3涂层在1000℃，大气环境静态氧化曲线。ZrO2-Y2O3涂层为6μm，与不加陶瓷涂层的CoNiCrAlSiHf涂层相比，100小时的氧化增重降低一倍。ZrO2-Y2O3涂层的氧化曲线符合对数规律，拟合方程为：Y＝0.1173Ln(h)-0.2639。
实施例：
在GH220/CoNICrAlYSiHf上涂覆ZrO2-Y2O3涂层，工艺为：
   复合溶胶由异丙醇锆和异丙醇钇组成；
      配比：ZrO2   92％
            Y2O3  8％
      浓度：0.2M
      浸渍时间：20秒
      提升速度：＜1mm/s
      浸涂后在空气中凝胶化的时间：24小时
      焙烧制度：
         升温速度：＜160℃     ＜1℃/分
                  160-280℃    ＜2℃/分
                  280-480℃    ＜3℃/分
                  480-850℃    ＜4℃/分
      保温时间：850℃，15分钟
      降温制度：随炉冷却
      气氛：实验室大气环境
     致密化：温度：1000℃
             时间：30分钟
反复浸涂6次，再经致密化处理后涂层厚度可达6μm抗氧化性为1000℃×100h增重0.2mg/cm2。而未涂覆ZrO2-YO3的GH220/CoNiCrAlSiHf在同样条件下增重0.4mg/cm2比涂覆陶/瓷涂层后的高一倍多。

Claims (1)

1、一种制备ZrO2-Y2O3陶瓷涂层的方法，其特征在于：
a、用异丙醇锆和异丙醇钇，分别溶于苯或异丙醇中，其颗粒尺寸为20-1μm使之混合形成溶胶，由异丙醇锆和异丙醇钇组成的复合溶胶：
配比：  ZrO2   70-98％，Y2O3    2-30％
浓度：  0.1-1M
b、采用浸涂方法在工件上形成一层溶胶薄膜，
浸涂时间：10-40秒
提升速度：＜1mm/s
c、然后在大气环境中干燥2-48小时以完成溶胶-凝胶转变：
浸涂后在空气中凝胶化的时间：2-48小时：
d、完成溶胶-凝胶转变之后，按下列工艺进行焙烧处理：
升温速度：＜160℃     ＜1℃/分
         160-280℃    ＜2℃/分
         280-480℃    ＜3℃/分
         480-850℃    ＜4℃/分
保温时间：850℃，15-60分钟
降温制度：随炉冷却
气氛：大气环境；
e、进行焙烧处理之后，再进行900-1000℃/15-120分钟的最终致密化处理，即可获得要求的ZrO2-Y2O3陶瓷涂层。
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CN107880598B (zh) * 2017-11-16 2020-06-26 华中科技大学 一种高附着力的铂铑热电偶表面防碳涂层及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN85101392A (zh) * 1985-04-01 1986-10-08 株式会社日立制作所 燃气轮机的燃烧装置
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1005495B (zh) * 1984-10-03 1989-10-18 西屋电气公司 用于陆上和船用燃气轮机的涡轮叶片的改进
CN85101392A (zh) * 1985-04-01 1986-10-08 株式会社日立制作所 燃气轮机的燃烧装置
CN1037888A (zh) * 1988-04-22 1989-12-13 艾尔坎国际有限公司 溶胶-凝胶法制造陶瓷

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