CN105755422B - 一种用于在偏流板表面上制备梯度金属陶瓷复合涂层的方法及装置 - Google Patents
一种用于在偏流板表面上制备梯度金属陶瓷复合涂层的方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于在偏流板表面制备梯度金属陶瓷复合涂层的方法，包括：将底层原料粉导入超音速等离子喷涂系统，在喷涂电流的作用下，通过主气流将底层原料粉向基体喷涂；将中间层原料粉导入超音速等离子喷涂系统，在喷涂电流的作用下，通过主气流将中间层原料粉向基体喷涂；将面层原料粉导入超音速等离子喷涂系统，在喷涂电流的作用下，通过主气流将面层向基体喷涂。本发明还公开了一种用于在偏流板表面制备梯度金属陶瓷复合涂层的装置。本发明具有耐高温腐蚀、热冲击、高温冲蚀、常温盐雾腐蚀、耐磨损等诸多性能，并且还具有涂层中的底层结合强度高及导热性好等特点。
Description
技术领域
本发明涉及制备绝缘涂层，具体涉及一种用于在偏流板表面上制备梯度金属陶瓷复合涂层的方法及装置。
背景技术
目前偏流板的材质主要为铝合金，采用水冷方式冷却。但这种偏流板的铝合金冷却水通道腐蚀严重；维修成本高；系统复杂、重量大。为了提高偏流板承受飞机喷射时燃气的高速、高温和强冲击力的作用，近年提出了钝化偏流板结构。即首先利用空气冷却代替海水冷却，这样可减轻海水冷却系统的重量和因它引起的腐蚀问题，减少维修成本；其次，对偏流板表面进行增强隔热，采用涂覆陶瓷隔热层，多功能复合涂层以及多功能夹层结构，诸如LASCOR(激光焊接夹芯板)、泡沫碳复合材料、蜂窝材料等。
YSZ中Y2O3具有优异的热稳定和高温增韧效果，YSZ的热物理性好，是制备热障涂层(thermal barrier coatings，TBCs)的重要材料，在航空航天、新能源、国防科技等尖端工业的高温热部件有广泛的应用。在偏流板表面制备以YSZ为陶瓷相的热障涂层能够起到较好的隔热保护铝合金基体的钝化作用，从而提高偏流板的使用寿命。NiCr-Cr3C2具有良好的耐热性能，在金属碳化物中抗氧化能力最强，在空气中只有在1100～1400℃才开始显著氧化，在高温条件下依然保持相当高的硬度。Cr3C2还具有很强的耐蚀性和耐磨性，通过NiCr-Cr3C2涂层磨粒磨损试验，涂层的磨粒磨损量与磨损时间基本上呈线性关系，磨损率远远低于低碳钢。目前在冶金、航空、发电等领域NiCr-Cr3C2涂层都具有广泛的应用。将偏流板表面的功能梯度涂层的面层制备成NiCr-Cr3C2涂层，能够有效提高涂层的耐磨性、抗高温烧蚀、氧化和冲蚀的能力。
因此，在偏流板表面制备NiCoCrAlY、YSZ和NiCr-Cr3C2复合连续梯度涂层，将三种不同功能的材料，按需要合理分布在涂层中，对实现偏流板性能和寿命的提升具有重要的意义，同时，由于金属粉末和陶瓷粉末的熔点相差较大，如何将两种粉末完全达到各自熔点后在进行均匀的混合再进行喷涂进而提高涂层性能也是目前存在的问题。
发明内容
本发明设计开发了一种用于在偏流板表面上制备梯度金属陶瓷复合涂层的方法。本发明的目的之一是将高熔点陶瓷粉末及低熔点金属粉末分别送入等离子焰流的不同温度区域内，保证两种粉末分别达到各自的熔点，再均匀混合后以超音速喷射到基体形成涂层，从而解决了传统技术中的“金属/陶瓷混合法”制备梯度热障涂层时，低熔点金属相过熔而引起的氧化、脆化问题。
本发明的目的之二是利用NiCoCrAlY、YSZ和NiCr-Cr3C2复合的金属陶瓷涂层可显著提高高温韧性、耐热性和可靠性，提高偏流板承受飞机喷射时燃气的高速、高温和强冲击力能力，同时，还能够在保证优异的隔热性能基础上不影响偏流板的散热能力。
本发明还设计开发了一种用于在偏流板表面上制备梯度金属陶瓷复合涂层的装置。本发明的目的是能够解决由于陶瓷粉末与金属粉末的熔点不同，通过同一通道进入喷涂系统时，导致混合不均，形成的涂层韧性低、致密性差、耐热性差、易氧化、易剥落等问题。
本发明针对偏流板工况专门制备的功能梯度金属陶瓷复合涂层，具有耐高温腐蚀、热冲击、高温冲蚀、常温盐雾腐蚀、耐磨损等诸多性能，并且涂层中的底层结合强度高、导热性好，尤其是中间较薄的以YSZ为主的梯度复合涂层具有优异的隔热、防止底层和基体烧损，以及增强耐高温腐蚀、热冲击，及耐盐雾腐蚀的作用，能够有效提高偏流板的性能和使用寿命。
本发明提供的技术方案为：
一种用于在偏流板表面上制备梯度金属陶瓷复合涂层的方法，包括：
将底层原料粉导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，在喷涂电流的作用下，通过主气流将所述底层原料粉向基体喷涂，在所述基体上形成底层；
将中间层原料粉导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，在喷涂电流的作用下，通过主气流将所述中间层原料粉向基体喷涂，在所述底层上形成中间层；以及
将面层原料粉导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，在喷涂电流的作用下，通过主气流将所述面层原料粉向基体喷涂，在所述中间层上形成面层；
其中，喷涂所述底层时，所述底层原料粉通过所述超音速等离子喷涂系统中的金属粉通道导入；喷涂所述中间层时，所述中间层原料粉为YSZ和NiCr-Cr3C2，YSZ通过所述超音速等离子喷涂系统中的陶瓷粉通道导入，设置送粉量的速度为20g/min～100g/min，NiCr-Cr3C2通过所述超音速等离子喷涂系统中的金属粉通道导入，设置送粉量的速度为50g/min～150g/min；喷涂所述面层时，所述面层原料粉通过所述超音速等离子喷涂系统中的金属粉通道导入；以及
所述金属粉通道的喷涂口对应所述喷涂系统中2600K～3200K温度区域，所述陶瓷粉通道的喷涂口对应所述喷涂系统中4500K～5200K温度区域。
优选的是，所述底层原料粉为NiCoCrAlY，所述面层原料粉为NiCr-Cr3C2。
优选的是，喷涂所述底层时，所述喷涂电流为350A～450A，所述主气流流速为80L/min～160L/min，所述主气流中的氮气与氩气的比例为5％～20％。
优选的是，喷涂所述中间层时，所述喷涂电流为400A～480A，所述主气流流速为70L/min～100L/min，所述主气流中的氮气与氩气的比例为15％～40％。
优选的是，喷涂所述面层时，所述喷涂电流为350A～390A，所述主气流流速为50L/min～90L/min，所述主气流中的氮气与氩气的比例为10％～35％。
优选的是，所述面层原料粉为NiCr-Cr3C2，设置送粉量的速度为20g/min～70g/min。
优选的是，喷涂所述底层时，所述喷涂系统的喷射口与所述基体之间的距离为350mm～550mm；喷涂所述中间层及所述面层时，所述喷涂系统的喷射口与所述基体之间的距离为65mm～95mm。
优选的是，喷涂所述底层时，所述底层原料粉为NiCoCrAlY，所述喷涂电流为405A，所述主气流流速为115L/min，所述主气流中的氮气与氩气的比例为15％；喷涂所述中间层时，所述中间层原料粉为YSZ和NiCr-Cr3C2，所述喷涂电流为430A，所述主气流流速为85L/min，所述主气流中的氮气与氩气的比例为25％，设置YSZ送粉量的速度为65g/min，设置NiCr-Cr3C2送粉量的速度为85g/min；喷涂所述面层时，所述面层原料粉为NiCr-Cr3C2，所述喷涂电流为375A，所述主气流流速为75L/min，所述主气流中的氮气与氩气的比例为15％，设置NiCr-Cr3C2送粉量的速度为55g/min。
一种用于在偏流板表面上制备梯度金属陶瓷复合涂层的装置，包括：
导入原料粉的主体部；
喷嘴部，其设置于所述主体部的前端，使气体混入到所述原料粉中且喷射所述原料粉；
火焰喷射部，其设置与所述主体部的后端，使所述气体及所述原料粉充分熔化后喷涂；
其中，所述喷嘴部处设置金属粉通道及陶瓷粉通道，所述金属粉通道的喷涂口对应喷射火焰的2600K～3200K温度区域，所述陶瓷粉通道的喷涂口对应喷射火焰的4500K～5200K温度区域。
优选的是，所述火焰喷射部位置可调节，所述金属粉通道内径小于所述陶瓷粉通道内径。
本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：
1、在偏流板表面制备NiCoCrAlY、YSZ和NiCr-Cr3C2复合连续梯度涂层，将三种不同功能的材料，按需要合理分布在涂层中，充分利用NiCoCrAlY的粘结性和导热性，YSZ的隔热性、耐高温特性和耐腐蚀性，以及NiCr-Cr3C2的耐磨性和耐腐蚀性，能够制备出具有粘结性、导热性、隔热性、耐高温特性、耐腐蚀性及涂层抗剥落性等优异性能的梯度金属陶瓷复合涂层；
2、通过“双通道、双温区”超音速等离子喷涂工艺，将高熔点陶瓷粉末和低熔点合金粉末按比例同时分别送入喷枪内等离子焰流的不同温度区，保证两种粉末分别达到各自的熔点，再均匀混合后以超音速喷射到基体形成涂层，克服了传统的“金属/陶瓷混合法”制备梯度热障涂层时，低熔点金属相过熔而引起的氧化、脆化问题，制备出的YSZ/NiCoCrAlY梯度功能热障涂层(FG-TBCs)组织结构均匀致密，陶瓷与金属组份呈连续梯度分布，显示出良好的韧性，经试验对约1mm厚的涂层经1200℃加热、淬水，200周次热震后，涂层表面仅出现了细微网状裂纹，裂纹垂直向下扩展最深350μm，止于梯度层中塑性金属区，未发现任何涂层剥落现象；
3、本发明制备出的热性能高的耐高温粘结底层NiCoCrAlY和YSZ为主的金属陶瓷复合梯度涂层，提高YSZ层以下部分的导热性，实现在飞行起飞高温气流灼烧涂层时，YSZ层保护底层与基体不被烧损，在飞机起飞后，NiCoCrAlY及金属相将热量快速传递给水冷铝合金基体，能够达到快速冷却的目的。
附图说明
图1为梯度金属陶瓷复合涂层的扫描电子显微镜截面形貌图。
图2为梯度金属陶瓷复合涂层的扫描电子显微镜截面形貌图。
图3为超音速等离子喷涂系统制备涂层的扫描电子显微镜的断面形貌图。
图4为普通等离子喷涂系统制备涂层的扫描电子显微镜的断面形貌图。
图5为超音速等离子喷涂系统制备涂层的扫描电子显微镜的断面形貌图。
图6为超音速等离子喷涂系统制备涂层的扫描电子显微镜的断面形貌的局部放大图。
图7为超音速等离子喷涂系统制备涂层中心处裂纹的扫描电子显微镜的断面形貌图。
图8为超音速等离子喷涂系统制备涂层边角处裂纹的扫描电子显微镜的断面形貌图。
图9为本发明所述的喷涂装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供一种用于在偏流板表面上制备梯度金属陶瓷复合涂层的方法，本发明采用高效能超音速等离子喷涂系统(HEPJet)，包括：
将底层原料粉导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，在喷涂电流的作用下，通过主气流将底层原料粉向基体喷涂，在基体上形成底层；
将中间层原料粉导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，在喷涂电流的作用下，通过主气流将中间层原料粉向基体喷涂，在底层上形成中间层；以及
将面层原料粉导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，在喷涂电流的作用下，通过主气流将面层原料粉向基体喷涂，在中间层上形成面层；
其中，喷涂底层时，底层原料粉通过所述超音速等离子喷涂系统中的金属粉通道导入；喷涂中间层时，中间层原料粉为YSZ和NiCr-Cr3C2，YSZ通过超音速等离子喷涂系统中的陶瓷粉通道导入，设置送粉量的速度为20g/min～100g/min，NiCr-Cr3C2通过超音速等离子喷涂系统中的金属粉通道导入，设置送粉量的速度为50g/min～150g/min，并且中间层原料粉YSZ和NiCr-Cr3C2同时导入超音速等离子喷涂系统中；喷涂所述面层时，面层原料粉通过超音速等离子喷涂系统中的金属粉通道导入；以及
金属粉通道的喷涂口对应所述喷涂系统中2600K～3200K温度区域，陶瓷粉通道的喷涂口对应所述喷涂系统中4500K～5200K温度区域。
在另一种实施例中，底层原料粉为NiCoCrAlY，面层原料粉为NiCr-Cr3C2。
在另一种实施例中，喷涂所述底层时，喷涂电流为350A～450A，主气流流速为80L/min～160L/min，主气流中的氮气与氩气的比例为5％～20％。
在另一种实施例中，喷涂中间层时，喷涂电流为400A～480A，主气流流速为70L/min～100L/min，主气流中的氮气与氩气的比例为15％～40％。
在另一种实施例中，喷涂所述面层时，喷涂电流为350A～390A，主气流流速为50L/min～90L/min，主气流中的氮气与氩气的比例为10％～35％。
在另一种实施例中，面层原料粉为NiCr-Cr3C2，设置送粉量的速度为20g/min～70g/min。
在另一种实施例中，喷涂底层时，喷涂系统的喷射口与基体之间的距离为350mm～550mm；喷涂中间层及面层时，喷涂系统的喷射口与基体之间的距离为65mm～95mm。
在另一种实施例中，喷涂所述底层时，所述底层原料粉为NiCoCrAlY，所述喷涂电流为405A，所述主气流流速为115L/min，所述主气流中的氮气与氩气的比例为15％；喷涂所述中间层时，所述中间层原料粉为YSZ和NiCr-Cr3C2，所述喷涂电流为430A，所述主气流流速为85L/min，所述主气流中的氮气与氩气的比例为25％，设置YSZ送粉量的速度为65g/min，设置NiCr-Cr3C2送粉量的速度为85g/min；喷涂所述面层时，所述面层原料粉为NiCr-Cr3C2，所述喷涂电流为375A，所述主气流流速为75L/min，所述主气流中的氮气与氩气的比例为15％，设置NiCr-Cr3C2送粉量的速度为55g/min。
本发明还提供了一种用于在偏流板表面上制备梯度金属陶瓷复合涂层的装置，其主体结构包括导入原料粉的主体部110以及设置在主体部前端的喷嘴部111和后端的火焰喷射部，在喷嘴部111处，能够使气体混入原料粉中并且喷射导入的原料粉，在火焰喷射部，使气体和原料粉能够充分熔化后喷涂；其中，在喷嘴部设置金属粉通道112及陶瓷粉通道113，并且金属粉通道112的喷涂口对应喷射火焰的2600K～3200K的温度区域，陶瓷粉通道113的喷涂口对应喷射火焰的4500K～5200K的温度区域，火焰喷射部的喷射位置能够调节，使金属粉通道112及陶瓷粉通道113的喷涂口与相应的温度区域能够更好地对应；在本实施例中，金属粉通道111的内径要略小于陶瓷粉通道112的内径。
实施例1
步骤一、调整超音速等离子喷涂系统的喷射口与基体的距离为350mm；
步骤二、将合金底层原料粉NiCoCrAlY通过金属粉通道导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，调节主气流中的氮气与氩气的比例为5％，主气流流速为80L/min，喷涂电流为350A，通过主气流将合金底层原料粉NiCoCrAlY向基体喷涂，在基体上形成合金底层；
步骤三、调整超音速等离子喷涂系统的喷射口与基体的距离为65mm；
步骤四、将中间层原料粉YSZ通过陶瓷粉通道导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，设置送粉量的速度为20g/min，中间层原料粉NiCr-Cr3C2通过金属粉通道导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，设置送粉量的速度为50g/min，调节主气流中的氮气与氩气的比例为15％，主气流流速为70L/min，喷涂电流为400A，通过主气流将中间层原料粉YSZ和NiCr-Cr3C2同时向基体喷涂，在合金底层上形成连续梯度中间层；
步骤五、将面层原料粉NiCr-Cr3C2通过金属粉通道导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，设置送粉量的速度为20g/min，调节主气流中的氮气与氩气的比例为10％，主气流流速为50L/min，喷涂电流为350A，通过主气流将面层原料粉NiCr-Cr3C2向基体喷涂，在连续梯度中间层上形成金属面层；
其中，涂层整体厚度1mm。
实施例2
步骤一、调整超音速等离子喷涂系统的喷射口与基体的距离为550mm；
步骤二、将合金底层原料粉NiCoCrAlY通过金属粉通道导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，调节主气流中的氮气与氩气的比例为20％，主气流流速为160L/min，喷涂电流为450A，通过主气流将合金底层原料粉NiCoCrAlY向基体喷涂，在基体上形成合金底层；
步骤三、调整超音速等离子喷涂系统的喷射口与基体的距离为95mm；
步骤四、将中间层原料粉YSZ通过陶瓷粉通道导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，设置送粉量的速度为100g/min，中间层原料粉NiCr-Cr3C2通过金属粉通道导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，设置送粉量的速度为150g/min，调节主气流中的氮气与氩气的比例为40％，主气流流速为100L/min，喷涂电流为480A，通过主气流将中间层原料粉YSZ和NiCr-Cr3C2同时向基体喷涂，在合金底层上形成连续梯度中间层；
步骤五、将面层原料粉NiCr-Cr3C2通过金属粉通道导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，设置送粉量的速度为70g/min，调节主气流中的氮气与氩气的比例为35％，主气流流速为90L/min，喷涂电流为390A，通过主气流将面层原料粉NiCr-Cr3C2向基体喷涂，在连续梯度中间层上形成金属面层；
其中，涂层整体厚度1mm。
实施例3
步骤一、调整超音速等离子喷涂系统的喷射口与基体的距离为420mm；
步骤二、将合金底层原料粉NiCoCrAlY通过金属粉通道导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，调节主气流中的氮气与氩气的比例为15％，主气流流速为115L/min，喷涂电流为405A，通过主气流将合金底层原料粉NiCoCrAlY向基体喷涂，在基体上形成合金底层；
步骤三、调整超音速等离子喷涂系统的喷射口与基体的距离为85mm；
步骤四、将中间层原料粉YSZ通过陶瓷粉通道导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，设置送粉量的速度为65g/min，中间层原料粉NiCr-Cr3C2通过金属粉通道导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，设置送粉量的速度为85g/min，调节主气流中的氮气与氩气的比例为25％，主气流流速为85L/min，喷涂电流为430A，通过主气流将中间层原料粉YSZ和NiCr-Cr3C2同时向基体喷涂，在合金底层上形成连续梯度中间层；
步骤五、将面层原料粉NiCr-Cr3C2通过金属粉通道导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，设置送粉量的速度为55g/min，调节主气流中的氮气与氩气的比例为15％，主气流流速为75L/min，喷涂电流为375A，通过主气流将面层原料粉NiCr-Cr3C2向基体喷涂，在连续梯度中间层上形成金属面层；
其中，涂层整体厚度1mm。
通过本发明的超音速等离子喷涂方法制备的NiCr-Cr3C2涂层结构致密，孔隙率约为1％，显微硬度约为980HV0.3，涂层具有明显的双相结构，涂层由NiCr和Cr3C2相交替组成，结合强度达到68MPa左右，与超音速火焰(HVOF)喷涂制备的NiCr-Cr3C2涂层结合强度相近，HEPJet制备涂层沉积效率约为65％，而HVOF＜30％，具体数据如表1所示。
表1梯度金属陶瓷复合涂层性能
对比例
步骤一、调整普通等离子喷涂系统的喷射口与基体的距离为550mm；
步骤二、将合金底层原料粉NiCoCrAlY导入等离子喷涂系统的主气流喷射路径，调节主气流中的氮气与氩气的比例为20％，主气流流速为180L/min，喷涂电流为600A，通过主气流将合金底层原料粉NiCoCrAlY向基体喷涂，在基体上形成合金底层；
步骤三、调整超音速等离子喷涂系统的喷射口与基体的距离为95mm；
步骤四、将中间层原料粉YSZ及NiCr-Cr3C2导入等离子喷涂系统的主气流喷射路径，设置送粉量的速度为25g/min，调节主气流中的氮气与氩气的比例为40％，主气流流速为150L/min，喷涂电流为600A，通过主气流将中间层原料粉YSZ和NiCr-Cr3C2向基体喷涂，在合金底层上形成中间层；
步骤五、将面层原料粉NiCr-Cr3C2导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，设置送粉量的速度为25g/min，调节主气流中的氮气与氩气的比例为35％，主气流流速为120L/min，喷涂电流为600A，通过主气流将面层原料粉NiCr-Cr3C2向基体喷涂，在连续梯度中间层上形成金属面层；
其中，涂层整体厚度1mm。
对对比例进行性能的测试，得到的涂层孔隙率约1.23％，显微硬度约为865HV0.3，结合强度为59MPa左右，制备涂层的沉积效率为45.6％，通过与对比例的相关数据进行对比可以看出通过超音速等离子喷涂方法制备的NiCr-Cr3C2涂层结构致密，硬度大，结合强度大，沉积效率高，并且能耗更低。
对本发明中的实施例2及对比例进行性能测试，如图1、图2所示，功能梯度热障涂层(FG-TBCs)原始涂层断面扫描电镜形貌，在图1中，A区域为合金底层，B区域为连续梯度中间层，C区域为陶瓷面层，在图2中，A区域为合金相，B区域为陶瓷相，FG-TBCs中金属和陶瓷相连续梯度分布十分均匀，显示出良好的熔融态，涂层中既没有夹生的陶瓷颗粒，也没有过熔的金属氧化物夹杂，片层状金属和陶瓷相界面结合紧密，涂层内聚强度高，韧性好，具有良好的抗热震性能及抗氧化和热腐蚀性能；如图3、图4所示，通过对比可以看出，图3中使用的高能量密度超音速射流能够获得融化充分、非常细小雾化粒子，喷射到基体上高度扁平化后堆垛形成了超音速等离子喷涂特有的细密柱晶组织，典型的细密柱晶结构层间结合紧密，无明显层间横向裂纹，有少数沿柱晶界面向下扩展的垂直微裂纹，可以有效释放应力，有利于改善热障涂层的微裂纹增韧和相变增韧效应，提高热冲击抗力和高温运行寿命。
对实施例2及对比例中的涂层进行隔热效果测试，通过超音速等离子梯度喷涂工艺制备的金属陶瓷涂层隔热效果随着热循环周次(或加热时间延长)逐渐呈增加的趋势，经过4次，600分钟隔热试验后(每一次加热150分钟然后空冷，记录隔热效果)：超音速等离子梯度喷涂工艺制备的金属陶瓷涂层隔热效果从65℃→84℃→119℃直至109℃后渐趋于稳定，在进行热循环测试时，涂层的隔热性能没有明显的降低，与普通等离子喷涂的试样相比较而言，普通等离子的涂层的隔热性能则呈下降趋势，经过4次，600分钟隔热试验后(每一次加热150分钟然后空冷，记录隔热效果)：普通等离子喷涂的试样的隔热效果从151℃→95℃→63℃直至75℃，多次热循环后，出现了明显的降低。
根据实际工况测量高温工件热应变的需要，涂层应具有一定的耐热冲击性能，对实施例2中的涂层进行1200℃的加热-淬水热震试验，如图5、图6所示，对功能梯度热障涂层(FG-TBCs)进行1200℃的40次加热-淬水热震试验，通过图6对图5的A区域的高倍放大后，表面纯陶瓷层仅有少量沿纵向发展的裂纹，但裂纹扩展到金属陶瓷梯度复合区域时，被止裂于韧性较高的富金属相区，如图7、图8所示，对功能梯度热障涂层(FG-TBCs)进行1200℃的200次加热-淬水热震试验，涂层在经历200次热震试验后，通过观察图7及图8中的A区域，与40次相比，中心与边角的裂纹均仍未出现明显扩展与增加，即使在试样的边角处也没有出现涂层剥落现象，说明涂层具有优异的抗热震性能。
通过对实施例2及对比例进行箱式炉1100℃保温5min淬水热震实验表明，普通等离子喷涂的试样100周次后陶瓷涂层出现7％的分层剥离面积，125周次扩展至30％，至141周次分层剥离面积已超过50％，同时边缘出现沿界面的约8％面积的大块剥落；相对而言，具有细密柱晶组织的超音速等离子涂层试样的实施例2，热震至250周次时高温合金基体出现裂纹而涂层完好，直至热震390周次后，试片边缘和基体裂纹周围出现约12％沿界面的剥落，而整个涂层平面未出现明显分层剥离现象，充分说明了超音速等离子细密柱晶结构涂层系统优异的层间结合性能和抗热震性能。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (8)
1.一种用于在偏流板表面上制备梯度金属陶瓷复合涂层的方法，其特征在于，包括：
将底层原料粉导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，在喷涂电流的作用下，通过主气流将所述底层原料粉向基体喷涂，在所述基体上形成底层；
将中间层原料粉导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，在喷涂电流的作用下，通过主气流将所述中间层原料粉向基体喷涂，在所述底层上形成中间层；以及
将面层原料粉导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，在喷涂电流的作用下，通过主气流将所述面层原料粉向基体喷涂，在所述中间层上形成面层；
其中，喷涂所述底层时，所述底层原料粉通过所述超音速等离子喷涂系统中的金属粉通道导入；喷涂所述中间层时，所述中间层原料粉为YSZ和NiCr-Cr3C2，YSZ通过所述超音速等离子喷涂系统中的陶瓷粉通道导入，设置送粉量的速度为20g/min～100g/min，NiCr-Cr3C2通过所述超音速等离子喷涂系统中的金属粉通道导入，设置送粉量的速度为50g/min～150g/min；喷涂所述面层时，所述面层原料粉通过所述超音速等离子喷涂系统中的金属粉通道导入；以及
所述金属粉通道的喷涂口对应所述喷涂系统中2600K～3200K温度区域，所述陶瓷粉通道的喷涂口对应所述喷涂系统中4500K～5200K温度区域。
2.如权利要求1所述的用于在偏流板表面上制备梯度金属陶瓷复合涂层的方法，其特征在于，所述底层原料粉为NiCoCrAlY，所述面层原料粉为NiCr-Cr3C2。
3.如权利要求1或2所述的用于在偏流板表面上制备梯度金属陶瓷复合涂层的方法，其特征在于，喷涂所述底层时，所述喷涂电流为350A～450A，所述主气流流速为80L/min～160L/min，所述主气流中的氮气与氩气的比例为5％～20％。
4.如权利要求3所述的用于在偏流板表面上制备梯度金属陶瓷复合涂层的方法，其特征在于，喷涂所述中间层时，所述喷涂电流为400A～480A，所述主气流流速为70L/min～100L/min，所述主气流中的氮气与氩气的比例为15％～40％。
5.如权利要求3所述的用于在偏流板表面上制备梯度金属陶瓷复合涂层的方法，其特征在于，喷涂所述面层时，所述喷涂电流为350A～390A，所述主气流流速为50L/min～90L/min，所述主气流中的氮气与氩气的比例为10％～35％。
6.如权利要求5所述的用于在偏流板表面上制备梯度金属陶瓷复合涂层的方法，其特征在于，所述面层原料粉为NiCr-Cr3C2，设置送粉量的速度为20g/min～70g/min。
7.如权利要求6所述的用于在偏流板表面上制备梯度金属陶瓷复合涂层的方法，其特征在于，喷涂所述底层时，所述喷涂系统的喷射口与所述基体之间的距离为350mm～550mm；喷涂所述中间层及所述面层时，所述喷涂系统的喷射口与所述基体之间的距离为65mm～95mm。
8.如权利要求1、2、4-7中任一项所述的用于在偏流板表面上制备梯度金属陶瓷复合涂层的方法，其特征在于，喷涂所述底层时，所述底层原料粉为NiCoCrAlY，所述喷涂电流为405A，所述主气流流速为115L/min，所述主气流中的氮气与氩气的比例为15％；喷涂所述中间层时，所述中间层原料粉为YSZ和NiCr-Cr3C2，所述喷涂电流为430A，所述主气流流速为85L/min，所述主气流中的氮气与氩气的比例为25％，设置YSZ送粉量的速度为65g/min，设置NiCr-Cr3C2送粉量的速度为85g/min；喷涂所述面层时，所述面层原料粉为NiCr-Cr3C2，所述喷涂电流为375A，所述主气流流速为75L/min，所述主气流中的氮气与氩气的比例为15％，设置NiCr-Cr3C2送粉量的速度为55g/min。
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