CN108060384A - 一种双陶瓷层热障涂层体系及其复合制备工艺 - Google Patents

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Abstract

一种双陶瓷层热障涂层体系及其复合制备工艺，属于涂覆技术领域。该双陶瓷层热障涂层体系包括在高温合金基体上的粘结层、YSZ涂层和铈酸镧涂层；其复合制备工艺为：高温合金基体预处理后，采用超音速火焰喷涂设备或爆炸喷涂在高温合金基体上喷涂组织致密的MCrAlY粘结层，得到HV0.3为300‑380、粘结层表面粗糙度Ra为5.0‑9.0μm的MCrAlY粘结层；在MCrAlY粘结层表面，采用大气等离子喷涂设备喷涂YSZ涂层得到双陶瓷层热障涂层体系。采用该工艺制备的热障涂层体系既有超高温环境抗力，又有令人满意的涂层热循环性能，能够延长热障涂层热循环寿命。

Description

一种双陶瓷层热障涂层体系及其复合制备工艺
技术领域
本发明涉及涂覆技术领域，具体涉及一种双陶瓷层热障涂层体系及其复合制备工艺。
背景技术
航空发动机热端部件的高温防护是航空发动机制造中的关键技术之一，热障涂层是采用耐高温、低导热的陶瓷材料以涂层的方式与金属相复合、以降低高温环境下金属表面温度的一种热防护技术。在先进航空发动机中，热障涂层可以显著降低叶片合金的表面温度，大幅度延长叶片的工作寿命，提高发动机的推力和效率。尤其是新型先进航空发动机的高压涡轮导向叶片热障涂层需要承受1100℃以上的使用温度，但以氧化锆为涂层材料的第一代热障涂层只能在1100℃以下使用，因此需要研究探索在适合于更高温度使用的新型热障涂层材料及其制备工艺。从国外研究部门的科研报告可以看出，能够耐受更高温度的热障涂层材料应该是具有钙钛矿或者尖晶石结构的铝酸镧、锆酸镧和铈酸镧等材料。
已有研究结果表明，尽管锆酸镧(La2Zr2O7)涂层热导率低，热膨胀系数大，但该涂层在表面温度1518K的热循环寿命(35次)远低于CeO2萤石结构铈酸镧(La2Ce2O7，LCO)涂层(大于1000次)，所以LCO是目前认为最有可能替代氧化钇稳定氧化锆的热障涂层材料。本发明采用LCO陶瓷材料制备热障涂层面层，通过涂层体系设计以获得优异的超高温热障涂层热循环性能。
目前，国际上有三种主流热障涂层材料结构体系，即继美国的双层结构、欧洲的梯度结构和中国的梯度粘结层结构。双层结构由陶瓷隔热层和金属粘结层组成，由于陶瓷层与金属层性能差异以及金属层氧化等原因，导致热障涂层易沿陶瓷/金属界面开裂和失效。陶瓷/金属界面结构设计一直是长寿命热障涂层研究的热点和难点。梯度粘结层结构针对双层结构存在明显界面的问题，在金属层和陶瓷层中间加入氧化粘结层，实现由金属层和陶瓷层之间成分连续变化、结构的梯度过渡，从而提升抗热震、氧化以及隔热等性能，延长热循环寿命。相应的技术研发团队研发的铈酸镧(LCO)热障涂层是1300℃级别热障涂层材料技术发展中的重要突破，但在低温段LCO热膨胀系数较低，陶瓷层与粘结层热膨胀不匹配产生残余热应力而开裂和剥落。因此，本发明为进一步提高基体合金的抗氧化性能，采用可以获得超音速粉末颗粒速率的热喷涂技术喷涂组织致密的MCrAlY粘结层。
从开始研究到实际应用的几十年间，热障涂层的制备工艺不断得到改进，出现了很多热障涂层制备技术，如磁控溅射、高速火焰喷涂、化学气相沉积、等离子喷涂、电子束物理气相沉积等。其中，后两种工艺是热障涂层实际工程应用中最广泛采用的制备技术。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种双陶瓷层热障涂层体系及其复合制备工艺。该涂层体系采用双层陶瓷层结构体系(Double Ceramic Layer,DCL)，即在高温合金基体上喷涂MCrAlY粘结层，在粘结层表面喷涂YSZ中间热膨胀匹配涂层，以提高热障涂层体系的耐热循环性能，最后等离子喷涂超高温环境下组织和性能的热稳定好、抗烧结、热导率低的LCO涂层，以保证该热障涂层体系既有超高温环境抗力，又有令人满意的涂层热循环性能。该工艺方法是一种航空发动机涡轮和尾喷口等位置零部件用高温防护涂层技术，特别适用于超高温隔热用热障涂层工艺的制备。
本发明的目的是通过使用能够承受超高温陶瓷材料来提高热端部件的耐温能力，在现有热障涂层陶瓷单层面层结构基础上更改涂层结构体系来延长热障涂层热循环寿命。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种双陶瓷层热障涂层体系，包括在高温合金基体上的粘结层、YSZ涂层和铈酸镧涂层；
所述的粘结层为MCrAlY粘结层；
所述的YSZ涂层为氧化钇稳定氧化锆涂层，即ZrO2+(6.5-9.5wt.％)Y2O3；其中，含有的其他成分及质量百分比为SiO2<1.7％，Fe2O3<1.0％，CaO<1.5％，MgO<1.5％，HfO2<3.0％；
所述的MCrAlY粘结层中，M为金属，具体为Ni、Co、Ta中的一种或几种，优选为NiCrAlY粘结层，NiCoCrAlTaY粘结层；
其中，当为NiCrAlY粘结层时，其各个金属元素的质量百分比为，Cr为20-35％，Al为8-14％，Y为0.4-0.9％，余量为Ni。
当为NiCoCrAlTaY粘结层时，其各个金属元素的质量百分比为，Co为25-32％，Cr为20-30％，Al为8.0-12.0％，Ta为4.5-7.0％，Y为0.4-1.2％，余量为Ni。
所述的粘结层的厚度为80-200μm，YSZ涂层厚度为100-150μm，铈酸镧涂层的厚度为70-120μm。
本发明的一种双陶瓷层热障涂层体系的复合制备工艺，按以下步骤进行：
步骤1，高温合金基体预处理
对高温合金基体进行清洁、粗化、活化的预处理工艺，得到预处理后的高温合金基体；
步骤2，喷涂粘结层
采用超音速火焰喷涂设备或爆炸喷涂在高温合金基体上喷涂组织致密的MCrAlY粘结层，得到HV0.3为300-380、粘结层表面粗糙度Ra为5.0-9.0μm的MCrAlY粘结层；
其中，喷涂的粘结层粉末粒度主要为40～55μm，粒度大于55μm的粉末质量百分数≤15％，粒度小于40μm的粉末质量百分数≤15％；
其喷涂工艺为：当采用超音速火焰喷涂设备喷涂时，喷涂距离为250-400mm，送粉速率为35-75g/min，氧气压强为100-150psi，氧气流量为1650-1850SCFH，煤油压强为100-150psi，煤油的流量为6.0-8.0GPH；
当采用爆炸喷涂时，乙炔流量为25-35L/min，乙炔压力为0.9-1.2MPa，氧气流量为38-47L/min，氧气压力为0.11-0.18MPa，送粉速率为每次沉积厚度2-5um，喷涂距离160-190mm；
步骤3，喷涂YSZ涂层
在MCrAlY粘结层表面，采用大气等离子喷涂设备喷涂YSZ涂层，其中，喷涂的YSZ涂层粉末粒度主要为≤74μm，粒度大于74μm粉末的质量百分数≤10％；
其喷涂工艺为：喷涂电流为500-650A，氩气流量为40-70slpm，氩气压力为0.7-1.1MPa，氢气流量为12-18slpm，氢气压力为0.7-1.1MPa，送粉速率为30-65g/min，走枪速率为500-1200mm/s，喷涂距离为80-120mm；
步骤4，等离子喷涂LCO涂层
采用大气等离子喷涂设备，将粒径为50～100μm的喷涂LCO粉末喷涂在YSZ涂层表面，得到双陶瓷层热障涂层体系；其中，大气等离子喷涂的喷涂工艺为：喷涂电流为580-750A，氩气流量为40-65slpm，氢气流量为15-20slpm，送粉速率为30-45g/min，走枪速率为350-800mm/s，喷涂距离为80-110mm。
所述的步骤1中，所述的预处理具体包括，对高温合金基体检查是否合规，丙酮浸泡，吹砂，干吹砂，清理，对无需喷涂部分进行喷涂保护，装夹。
所述的步骤2中，所述的超音速火焰喷涂设备为以氧气和煤油作为燃料的JP5000超音速火焰喷涂设备。
所述的步骤2中，采用超音速火焰喷涂设备进行超音速喷涂，相比于等离子喷涂涂层，超音速火焰喷涂得到的粘结层组织致密、硬度值高，粘结层表面粗糙度比较大，有利于提高陶瓷面层与粘结层之间的界面结合强度。
所述的步骤4中，在等离子喷涂热障涂层过程中，由于粉末中的La2O3和CeO2蒸气压不同，使涂层化学成分偏离原始粉末化学成分。为了得到接近La2Ce2O7化学计量比的涂层成分，所述的粒径为50～100μm的喷涂LCO粉末，由以下方法制备，将La2O3粉末和CeO2粉末在1000℃热处理后混合研磨，在1400℃固相反应生成La2Ce2.5O8单相材料，喷雾干燥，制成球形喷涂粉末，过筛，得到粒径为50～100μm的喷涂LCO粉末。
所述的步骤4中，所述的过筛的作用在于，为了增加喷涂LCO涂层粉末的沉积效率，提高涂层质量，过筛分级得到粒径为50～100μm的喷涂LCO粉末。
本发明的一种双陶瓷层热障涂层体系及其复合制备工艺，相比于现有技术，其有益效果在于：
1.本发明采用使喷涂粉末高速飞行的超音速火焰喷涂或者爆炸喷涂技术制备组织致密的合金粘结层，以提高热障涂层体系的抗氧化性能；优化的超音速火焰喷涂工艺保证粘结层表面粗糙，以使双层陶瓷结构的热障涂层体系具有令人满意的结合强度或抗剥落能力。
2.本发明的双层陶瓷结构热障涂层工艺不仅可以用于涡轮导向叶片的高温防护，也可以用于涡轮工作叶片以及尾喷口调节片等高温工况下使用的零部件上。本涂层技术和工艺还可以用于航空发动机及相关行业其他各种热端零部件的高温防护，延长零件的使用寿命，具有非常广阔的市场前景。
3.本发明的双层陶瓷结构热障涂层体系的结合强度高，耐热循环损伤性能好，有潜力满足零件表面温度超过1100℃的使用要求，最大程度延长零件超高温环境下的使用寿命，避免零件短期使用后因烧蚀造成对的报废。
4.LCO涂层热循环寿命仍然比8YSZ涂层短，其原因是在低温段LCO材料热膨胀系数较低，增加了陶瓷层与粘结层热膨胀不匹配性，加上LCO涂层应变能释放速率较低，导致LCO涂层内产生较大残余热应力，加上萤石相结构陶瓷材料涂层应变能释放速率最小，使其抗剥落能力受到不利影响，本发明的双层陶瓷层结构体系提高了超高温热障涂层热循环寿命。
5.热障涂层是航空发动机涡轮叶片等热端部件使用的核心技术之一，因此采用本发明超高温双层陶瓷结构热障涂层技术，超音速喷涂耐高温NiCrAlY合金粘结层，以确保涂层致密，具有更好的抗氧化、抗腐蚀性能，同时粘结层表面应该有比较大的粗糙度，以使热障涂层体系具有比较大的拉伸结合强度值，实现零部件超高温工作耐力和使用寿命双重目的。
6.本发明的双层陶瓷结构热障涂层工艺不仅可以用于涡轮导向叶片的高温防护，也可以用于涡轮工作叶片以及尾喷口调节片等超高温工况下使用的零部件上，延长涂层零件的使用寿命，满足新型发动机热端部件的寿命设计要求。本涂层技术和工艺还可以用于航空发动机及相关行业其它各种热端零部件的高温防护，延长零件的使用寿命，具有非常广阔的市场前景。
附图说明
图1为本发明的实施例1制备的双陶瓷层热障涂层体系的截面形貌图；其中(a)为NiCrAlY粘结层的截面形貌图；(b)为双陶瓷层的截面形貌图；
图2为本发明的沉积态涂层的热导率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。应当理解，以下实施例仅仅是为了本行业技术领域的人员能够实现本申请，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
以下实施例中，采用的大气等离子喷涂设备为UNICOAT大气等离子喷涂设备；
以下实施例中，采用的超音速火焰喷涂设备为JP5000超音速火焰喷涂设备；
实施例1
一种双陶瓷层热障涂层体系，包括在高温合金基体上的粘结层、YSZ涂层和铈酸镧涂层；
所述的粘结层为MCrAlY粘结层；
所述的YSZ涂层为氧化钇稳定氧化锆涂层，即ZrO2+8wt.％Y2O3；其中，含有的其他成分及质量百分比为SiO2为1.5％，Fe2O3为0.9％，CaO为1.2％，MgO为1.0％，HfO2为2.8％；
所述的MCrAlY粘结层为NiCrAlY粘结层，其各个金属元素的质量百分比为，Cr为25％，Al为10％，Y为0.8％，余量为Ni。
所述的粘结层的厚度为85μm，YSZ涂层厚度为120μm，铈酸镧涂层的厚度为80μm。
一种双陶瓷层热障涂层体系的复合制备工艺，根据工艺优化试验的结果确定热障涂层体系中各层涂层的工艺参数如下：
步骤1，高温合金基体预处理
对高温合金基体进行清洁、粗化、活化的预处理工艺，得到预处理后的高温合金基体；
所述的预处理具体包括，对高温合金基体检查是否合规，丙酮浸泡，吹砂，干吹砂，清理，对无需喷涂部分进行喷涂保护，装夹。
步骤2，超音速火焰喷涂粘结层
采用超音速火焰喷涂设备或爆炸喷涂在高温合金基体上喷涂组织致密的MCrAlY粘结层，得到HV0.3为360、粘结层表面粗糙度Ra为6.0μm的MCrAlY粘结层；
其中，喷涂的粘结层粉末粒度主要为40～55μm，粒度大于55μm的粉末质量百分数≤15％，粒度小于40μm的粉末质量百分数≤15％；
其喷涂工艺为：使用以氧气和煤油作为燃料的JP5000超音速火焰喷涂设备，喷涂距离350mm、送粉速率为50g/min、氧气压强150psi、流量为1800SCFH，煤油压强为150psi，煤油流量为6.1GPH。
步骤3，等离子喷涂双层结构热障层
(1)在MCrAlY粘结层表面，采用大气等离子喷涂设备喷涂YSZ涂层，其中，喷涂的YSZ涂层粉末粒度主要为≤74μm，粒度大于74μm粉末的质量百分数≤10％；
(2)采用大气等离子喷涂设备，将粒径为50～100μm的喷涂LCO粉末喷涂在YSZ涂层表面；
采用UNICOAT大气等离子喷涂设备依次喷涂8YSZ以及LCO双层陶瓷涂层，喷涂工艺参数见下表。
表1 UNICOAT设备喷涂陶瓷面层工艺参数
图1分别为超音速火焰喷涂NiCrAlY粘结层和大气等离子喷涂DCL热障陶瓷层的截面形貌。可见超音速火焰喷涂的NiCrAlY粘结层厚度为85μm左右，组织比较致密致密。热障涂层为双层陶瓷结构，其内层和面层分别是厚度为120μm的8YSZ层和大约80μm的LCO陶瓷层。
从图2可以看出，涂层在室温下热导率最大，分别为0.57W/mK和0.86W/mK。随着温度的升高，二者的热导率均是先降低然后有小幅的升高。DCL涂层的热导率在600℃时最低，为0.48W/mK，8YSZ热障涂层的热导率在800℃时最低，为0.66W/mK。在室温到1200℃的温度范围内，DCL涂层的热导率均小于8YSZ热障涂层。
实施例2
一种双陶瓷层热障涂层体系，包括在高温合金基体上的粘结层、YSZ涂层和铈酸镧涂层；
所述的粘结层为MCrAlY粘结层；
所述的YSZ涂层为氧化钇稳定氧化锆涂层，即ZrO2+7wt.％Y2O3；其中，含有的其他成分及质量百分比为SiO2为1.2％，Fe2O3为0.7％，CaO为1.3％，MgO为1.2％，HfO2为2.4％；
所述的MCrAlY粘结层为NiCoCrAlTaY粘结层时，其各个金属元素的质量百分比为，Co为30％，Cr为25％，Al为12％，Ta为7.0％，Y为0.4％，余量为Ni。
所述的粘结层的厚度为200μm，YSZ涂层厚度为150μm，铈酸镧涂层的厚度为120μm。
一种双陶瓷层热障涂层体系的复合制备工艺，按以下步骤进行：
步骤1，高温合金基体预处理
对高温合金基体进行清洁、粗化、活化的预处理工艺，得到预处理后的高温合金基体；
所述的预处理具体包括，对高温合金基体检查是否合规，丙酮浸泡，吹砂，干吹砂，清理，对无需喷涂部分进行喷涂保护，装夹。
步骤2，喷涂粘结层
采用爆炸喷涂在高温合金基体上喷涂组织致密的MCrAlY粘结层，得到HV0.3为300、粘结层表面粗糙度Ra为9.0μm的MCrAlY粘结层；
其中，喷涂的粘结层粉末粒度主要为40～55μm，粒度大于55μm的粉末质量百分数为10％，粒度小于40μm的粉末质量百分数为9％；
当采用爆炸喷涂时，乙炔流量为25L/min，乙炔压力为1.2MPa，氧气流量为47L/min，氧气压力为0.18MPa，送粉速率为每次沉积厚度2um，喷涂距离160mm；
步骤3，喷涂YSZ涂层
在MCrAlY粘结层表面，采用大气等离子喷涂设备喷涂YSZ涂层，其中，喷涂的YSZ涂层粉末粒度主要为≤74μm，粒度大于74μm的质量百分数为10％；
其喷涂工艺为：喷涂电流为500A，氩气流量为70slpm，氩气压力为1.1MPa，氢气流量为18slpm，氢气压力为1.1MPa，送粉速率为65g/min，走枪速率为1200mm/s，喷涂距离为120mm；
步骤4，等离子喷涂LCO涂层
采用大气等离子喷涂设备，将粒径为50～100μm的喷涂LCO粉末喷涂在YSZ涂层表面，得到双陶瓷层热障涂层体系；其中，大气等离子喷涂的喷涂工艺为：喷涂电流为750A，氩气流量为65slpm，氢气流量为20slpm，送粉速率为45g/min，走枪速率为350mm/s，喷涂距离为80mm；
在等离子喷涂热障涂层过程中，由于粉末中的La2O3和CeO2蒸气压不同，使涂层化学成分偏离原始粉末化学成分。为了得到接近La2Ce2O7化学计量比的涂层成分，所述的粒径为50～100μm的喷涂LCO粉末，由以下方法制备，将La2O3粉末和CeO2粉末在1000℃热处理后混合研磨，在1400℃固相反应生成La2Ce2.5O8单相材料，喷雾干燥，制成球形喷涂粉末，过筛，得到粒径为50～100μm的喷涂LCO粉末。
实施例3
一种双陶瓷层热障涂层体系，包括在高温合金基体上的粘结层、YSZ涂层和铈酸镧涂层；
所述的粘结层为MCrAlY粘结层；
所述的YSZ涂层为氧化钇稳定氧化锆涂层，即ZrO2+9wt.％Y2O3；其中，含有的其他成分及质量百分比为SiO2为1.6％，Fe2O3为0.9％，CaO为1.0％，MgO为1.4％，HfO2为2.9％；
所述的MCrAlY粘结层为NiCrAlY粘结层时，其各个金属元素的质量百分比为，Cr为20％，Al为14％，Y为0.4％，余量为Ni。
所述的粘结层的厚度为200μm，YSZ涂层厚度为100μm，铈酸镧涂层的厚度为120μm。
一种双陶瓷层热障涂层体系的复合制备工艺，按以下步骤进行：
步骤1，高温合金基体预处理
对高温合金基体进行清洁、粗化、活化的预处理工艺，得到预处理后的高温合金基体；
所述的预处理具体包括，对高温合金基体检查是否合规，丙酮浸泡，吹砂，干吹砂，清理，对无需喷涂部分进行喷涂保护，装夹。
步骤2，喷涂粘结层
采用爆炸喷涂在高温合金基体上喷涂组织致密的MCrAlY粘结层，得到HV0.3为380、粘结层表面粗糙度Ra为5.0μm的MCrAlY粘结层；
其中，喷涂的粘结层粉末粒度主要为40～55μm，粒度大于55μm的粉末质量百分数为8％，粒度小于40μm的粉末质量百分数为11％；
当采用爆炸喷涂时，乙炔流量为35L/min，乙炔压力为0.9MPa，氧气流量为38L/min，氧气压力为0.11MPa，送粉速率为每次沉积厚度5um，喷涂距离190mm；
步骤3，喷涂YSZ涂层
在MCrAlY粘结层表面，采用大气等离子喷涂设备喷涂YSZ涂层，其中，喷涂的YSZ涂层粉末粒度主要为≤74μm，粒度大于74μm的质量百分数≤10％；
其喷涂工艺为：喷涂电流为550A，氩气流量为50slpm，氩气压力为0.8MPa，氢气流量为13slpm，氢气压力为0.8MPa，送粉速率为45g/min，走枪速率为800mm/s，喷涂距离为100mm；
步骤4，等离子喷涂LCO涂层
采用大气等离子喷涂设备，将粒径为50～100μm的喷涂LCO粉末喷涂在YSZ涂层表面，得到双陶瓷层热障涂层体系；其中，大气等离子喷涂的喷涂工艺为：喷涂电流为580A，氩气流量为40slpm，氢气流量为15slpm，送粉速率为30g/min，走枪速率为800mm/s，喷涂距离为90mm；
在等离子喷涂热障涂层过程中，由于粉末中的La2O3和CeO2蒸气压不同，使涂层化学成分偏离原始粉末化学成分。为了得到接近La2Ce2O7化学计量比的涂层成分，所述的粒径为50～100μm的喷涂LCO粉末，由以下方法制备，将La2O3粉末和CeO2粉末在1000℃热处理后混合研磨，在1400℃固相反应生成La2Ce2.5O8单相材料，喷雾干燥，制成球形喷涂粉末，过筛，得到粒径为50～100μm的喷涂LCO粉末。
实施例4
一种双陶瓷层热障涂层体系，包括在高温合金基体上的粘结层、YSZ涂层和铈酸镧涂层；
所述的粘结层为MCrAlY粘结层；
所述的YSZ涂层为氧化钇稳定氧化锆涂层，即ZrO2+6.5wt.％)Y2O3；其中，含有的其他成分及质量百分比为SiO2为1.6％，Fe2O3为0.4％，CaO为0.8％，MgO为1.4％，HfO2为2.6％；
所述的MCrAlY粘结层为NiCoCrAlTaY粘结层时，其各个金属元素的质量百分比为，Co为25％，Cr为30％，Al为8％，Ta为7.0％，Y为0.4％，余量为Ni。
所述的粘结层的厚度为150μm，YSZ涂层厚度为150μm，铈酸镧涂层的厚度为70μm。
一种双陶瓷层热障涂层体系的复合制备工艺，按以下步骤进行：
步骤1，高温合金基体预处理
对高温合金基体进行清洁、粗化、活化的预处理工艺，得到预处理后的高温合金基体；
所述的预处理具体包括，对高温合金基体检查是否合规，丙酮浸泡，吹砂，干吹砂，清理，对无需喷涂部分进行喷涂保护，装夹。
步骤2，喷涂粘结层
采用爆炸喷涂在高温合金基体上喷涂组织致密的MCrAlY粘结层，得到HV0.3为370、粘结层表面粗糙度Ra为6.0μm的MCrAlY粘结层；
其中，喷涂的粘结层粉末粒度主要为40～55μm，粒度大于55μm的粉末质量百分数≤15％，粒度小于40μm的粉末质量百分数≤15％；
当采用爆炸喷涂时，乙炔流量为35L/min，乙炔压力为0.9MPa，氧气流量为38L/min，氧气压力为0.11MPa，送粉速率为每次沉积厚度5um，喷涂距离190mm；
步骤3，喷涂YSZ涂层
在MCrAlY粘结层表面，采用大气等离子喷涂设备喷涂YSZ涂层，其中，喷涂的YSZ涂层粉末粒度主要为≤74μm，粒度大于74μm的质量百分数≤10％；
其喷涂工艺为：喷涂电流为650A，氩气流量为40slpm，氩气压力为1.0MPa，氢气流量为12slpm，氢气压力为1.0MPa，送粉速率为65g/min，走枪速率为1200mm/s，喷涂距离为120mm；
步骤4，等离子喷涂LCO涂层
采用大气等离子喷涂设备，将粒径为50～100μm的喷涂LCO粉末喷涂在YSZ涂层表面，得到双陶瓷层热障涂层体系；其中，大气等离子喷涂的喷涂工艺为：喷涂电流为580A，氩气流量为65slpm，氢气流量为15slpm，送粉速率为35g/min，走枪速率为380mm/s，喷涂距离为110mm；
在等离子喷涂热障涂层过程中，由于粉末中的La2O3和CeO2蒸气压不同，使涂层化学成分偏离原始粉末化学成分。为了得到接近La2Ce2O7化学计量比的涂层成分，所述的粒径为50～100μm的喷涂LCO粉末，由以下方法制备，将La2O3粉末和CeO2粉末在1000℃热处理后混合研磨，在1400℃固相反应生成La2Ce2.5O8单相材料，喷雾干燥，制成球形喷涂粉末，过筛，得到粒径为50～100μm的喷涂LCO粉末。
实施例5
一种双陶瓷层热障涂层体系，包括在高温合金基体上的粘结层、YSZ涂层和铈酸镧涂层；
所述的粘结层为MCrAlY粘结层；
所述的YSZ涂层为氧化钇稳定氧化锆涂层，即ZrO2+9.5wt.％Y2O3；其中，含有的其他成分及质量百分比为SiO2为1.2％，Fe2O3为0.7％，CaO为1.0％，MgO为1.4％，HfO2为2.1％；
所述的MCrAlY粘结层为NiCrAlY粘结层时，其各个金属元素的质量百分比为，Cr为35％，Al为8％，Y为0.9％，余量为Ni。
所述的粘结层的厚度为80μm，YSZ涂层厚度为100μm，铈酸镧涂层的厚度为70μm。
一种双陶瓷层热障涂层体系的复合制备工艺，按以下步骤进行：
步骤1，高温合金基体预处理
对高温合金基体进行清洁、粗化、活化的预处理工艺，得到预处理后的高温合金基体；
所述的预处理具体包括，对高温合金基体检查是否合规，丙酮浸泡，吹砂，干吹砂，清理，对无需喷涂部分进行喷涂保护，装夹。
步骤2，喷涂粘结层
采用超音速火焰喷涂设备在高温合金基体上喷涂组织致密的MCrAlY粘结层，得到HV0.3为300-380、粘结层表面粗糙度Ra为5.0-9.0μm的MCrAlY粘结层；
其中，喷涂的粘结层粉末粒度主要为40～55μm，粒度大于55μm的粉末质量百分数≤15％，粒度小于40μm的粉末质量百分数≤15％；
其喷涂工艺为：喷涂距离为250mm，送粉速率为75g/min，氧气压强为150psi，氧气流量为1650SCFH，煤油压强为150psi，煤油的流量为8.0GPH；
步骤3，喷涂YSZ涂层
在MCrAlY粘结层表面，采用大气等离子喷涂设备喷涂YSZ涂层，其中，喷涂的YSZ涂层粉末粒度主要为≤74μm，粒度大于74μm的质量百分数≤10％；
其喷涂工艺为：喷涂电流为650A，氩气流量为40slpm，氩气压力为0.7MPa，氢气流量为12slpm，氢气压力为0.7MPa，送粉速率为30g/min，走枪速率为500mm/s，喷涂距离为80mm；
步骤4，等离子喷涂LCO涂层
采用大气等离子喷涂设备，将粒径为50～100μm的喷涂LCO粉末喷涂在YSZ涂层表面，得到双陶瓷层热障涂层体系；其中，大气等离子喷涂的喷涂工艺为：喷涂电流为650A，氩气流量为55slpm，氢气流量为18slpm，送粉速率为38g/min，走枪速率为390mm/s，喷涂距离为100mm；
在等离子喷涂热障涂层过程中，由于粉末中的La2O3和CeO2蒸气压不同，使涂层化学成分偏离原始粉末化学成分。为了得到接近La2Ce2O7化学计量比的涂层成分，所述的粒径为50～100μm的喷涂LCO粉末，由以下方法制备，将La2O3粉末和CeO2粉末在1000℃热处理后混合研磨，在1400℃固相反应生成La2Ce2.5O8单相材料，喷雾干燥，制成球形喷涂粉末，过筛，得到粒径为50～100μm的喷涂LCO粉末。
实施例6
一种双陶瓷层热障涂层体系，包括在高温合金基体上的粘结层、YSZ涂层和铈酸镧涂层；
所述的粘结层为MCrAlY粘结层；
所述的YSZ涂层为氧化钇稳定氧化锆涂层，即ZrO2+9wt.％Y2O3；其中，含有的其他成分及质量百分比为SiO2为1.3％，Fe2O3为0.7％，CaO为1.0％，MgO为1.1％，HfO2为2.3％；
所述的MCrAlY粘结层为NiCoCrAlTaY粘结层时，其各个金属元素的质量百分比为，Co为32％，Cr为20％，Al为12％，Ta为4.5％，Y为1.2％，余量为Ni。
所述的粘结层的厚度为180μm，YSZ涂层厚度为110μm，铈酸镧涂层的厚度为80μm。
一种双陶瓷层热障涂层体系的复合制备工艺，按以下步骤进行：
步骤1，高温合金基体预处理
对高温合金基体进行清洁、粗化、活化的预处理工艺，得到预处理后的高温合金基体；
所述的预处理具体包括，对高温合金基体检查是否合规，丙酮浸泡，吹砂，干吹砂，清理，对无需喷涂部分进行喷涂保护，装夹。
步骤2，喷涂粘结层
采用超音速火焰喷涂设备在高温合金基体上喷涂组织致密的MCrAlY粘结层，得到HV0.3为370、粘结层表面粗糙度Ra为8.0μm的MCrAlY粘结层；
其中，喷涂的粘结层粉末粒度主要为40～55μm，粒度大于55μm的粉末质量百分数≤15％，粒度小于40μm的粉末质量百分数≤15％；
其喷涂工艺为：喷涂距离为400mm，送粉速率为35g/min，氧气压强为100psi，氧气流量为1850SCFH，煤油压强为100psi，煤油的流量为6.0GPH；
步骤3，喷涂YSZ涂层
在MCrAlY粘结层表面，采用大气等离子喷涂设备喷涂YSZ涂层，其中，喷涂的YSZ涂层粉末粒度主要为≤74μm，粒度大于74μm的质量百分数≤10％；
其喷涂工艺为：喷涂电流为580A，氩气流量为60slpm，氩气压力为0.9MPa，氢气流量为17slpm，氢气压力为0.9MPa，送粉速率为45g/min，走枪速率为580mm/s，喷涂距离为90mm；
步骤4，等离子喷涂LCO涂层
采用大气等离子喷涂设备，将粒径为50～100μm的喷涂LCO粉末喷涂在YSZ涂层表面，得到双陶瓷层热障涂层体系；其中，大气等离子喷涂的喷涂工艺为：喷涂电流为750A，氩气流量为46slpm，氢气流量为20slpm，送粉速率为34g/min，走枪速率为500mm/s，喷涂距离为80mm。

Claims (6)

1.一种双陶瓷层热障涂层体系，其特征在于，该双陶瓷层热障涂层体系包括在高温合金基体上的粘结层、YSZ涂层和铈酸镧涂层；
所述的粘结层为MCrAlY粘结层；
所述的YSZ涂层为氧化钇稳定氧化锆涂层，即材料主要成分为ZrO2+(6.5-9.5wt.％)Y2O3；其中，含有的其他成分及质量百分比为SiO2<1.7％，Fe2O3<1.0％，CaO<1.5％，MgO<1.5％，HfO2<3.0％；
所述的MCrAlY粘结层中，M为金属，具体为Ni、Co、Ta中的一种或几种；
其中，当为NiCrAlY粘结层时，其各个金属元素的质量百分比为，Cr为20-35％，Al为8-14％，Y为0.4-0.9％，余量为Ni；
当为NiCoCrAlTaY粘结层时，其各个金属元素的质量百分比为，Co为25-32％，Cr为20-30％，Al为8.0-12.0％，Ta为4.5-7.0％，Y为0.4-1.2％，余量为Ni。
2.如权利要求1所述的双陶瓷层热障涂层体系，其特征在于，所述的粘结层的厚度为80-200μm，YSZ涂层厚度为100-150μm，铈酸镧涂层的厚度为70-120μm。
3.权利要求1或2所述的双陶瓷层热障涂层体系的复合制备工艺，其特征在于，按以下步骤进行：
步骤1，高温合金基体预处理
对高温合金基体进行清洁、粗化、活化的预处理工艺，得到预处理后的高温合金基体；
步骤2，喷涂粘结层
采用超音速火焰喷涂设备或爆炸喷涂在高温合金基体上喷涂组织致密的MCrAlY粘结层，得到HV0.3为300-380、粘结层表面粗糙度Ra为5.0-9.0μm的MCrAlY粘结层；
其中，喷涂的粘结层粉末粒度主要为40～55μm，粒度大于55μm的粉末质量百分数≤15％，粒度小于40μm的粉末质量百分数≤15％；
其喷涂工艺为：当采用超音速火焰喷涂设备喷涂时，喷涂距离为250-400mm，送粉速率为35-75g/min，氧气压强为100-150psi，氧气流量为1650-1850SCFH，煤油压强为100-150psi，煤油的流量为6.0-8.0GPH；
当采用爆炸喷涂时，乙炔流量为25-35L/min，乙炔压力为0.9-1.2MPa，氧气流量为38-47L/min，氧气压力为0.11-0.18MPa，送粉速率为每次沉积厚度2-5um，喷涂距离160-190mm；
步骤3，喷涂YSZ涂层
在MCrAlY粘结层表面，采用大气等离子喷涂设备喷涂YSZ涂层，其中，喷涂的YSZ涂层粉末粒度主要为≤74μm，粒度大于74μm粉末的质量百分数≤10％；
其喷涂工艺为：喷涂电流为500-650A，氩气流量为40-70slpm，氩气压力为0.7-1.1MPa，氢气流量为12-18slpm，氢气压力为0.7-1.1MPa，送粉速率为30-65g/min，走枪速率为500-1200mm/s，喷涂距离为80-120mm；
步骤4，等离子喷涂LCO涂层
采用大气等离子喷涂设备，将粒径为50～100μm的喷涂LCO粉末喷涂在YSZ涂层表面，得到双陶瓷层热障涂层体系；其中，大气等离子喷涂的喷涂工艺为：喷涂电流为580-750A，氩气流量为40-65slpm，氢气流量为15-20slpm，送粉速率为30-45g/min，走枪速率为350-800mm/s，喷涂距离为80-110mm。
4.如权利要求3所述的双陶瓷层热障涂层体系的复合制备工艺，其特征在于，所述的步骤1中，所述的预处理具体包括，对高温合金基体检查是否合规，丙酮浸泡，吹砂，干吹砂，清理，对无需喷涂部分进行喷涂保护，装夹。
5.如权利要求3所述的双陶瓷层热障涂层体系的复合制备工艺，其特征在于，所述的步骤2中，所述的超音速火焰喷涂设备为以氧气和煤油作为燃料的JP5000超音速火焰喷涂设备。
6.如权利要求3所述的双陶瓷层热障涂层体系的复合制备工艺，其特征在于，所述的步骤4中，在等离子喷涂热障涂层过程中，所述的粒径为50～100μm的喷涂LCO粉末，由以下方法制备：将La2O3粉末和CeO2粉末在1000℃热处理后混合研磨，在1400℃固相反应生成La2Ce2.5O8单相材料，喷雾干燥，制成球形喷涂粉末，过筛，得到粒径为50～100μm的喷涂LCO粉末。
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