CN108249921A - 一种陶瓷热障涂层及原位反应快速制备涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种陶瓷热障涂层及原位反应快速制备涂层的方法，属于无机非金属材料制备与应用领域。该涂层成分为La2(Ce1‑xMx)2O7+δ，M为Ti、Zr、Hf、Ta、Nb、Mo和W中的一种或者两种以上的组合，0.10≤x≤0.30，0≤δ≤0.6。本发明将可溶性镧盐、可溶性铈盐和可溶性M盐均匀混合并采用等离子喷涂的方法快速制备涂层。该制备方法具有简单、高效、成本低、可灵活调控涂层成分的特点，适合工业化生产。本发明通过溶液等离子喷涂制备的涂层具有优异的隔热性能和抗热冲击性能，涂层结构稳定，服役寿命长，可用于舰船发动机、航空发动机、地面燃气轮机、火箭发动机等高温合金，或难熔合金热端部件的高温防护。
Description
技术领域
本发明涉及一种陶瓷热障涂层及原位反应快速制备涂层的方法，特别涉及一种陶瓷热障La2(Ce1-xMx)2O7+δ涂层及等离子喷涂制备La2(Ce1-xMx)2O7+δ涂层的方法，属于无机非金属材料制备与应用领域。
背景技术
陶瓷热障涂层是目前最先进的高温防护涂层之一，具有良好的高温化学稳定性、抗冲刷性和隔热性等特点，可以有效地缓解金属基体材料的高温氧化和腐蚀，并能降低金属基体表面的工作温度，不仅可以提高航空涡轮发动机或地面燃机经济性，而且可极大的延长其使用寿命，自20世纪70年代初问世以来受到广泛重视并得到迅速发展。
目前，使用最广泛的陶瓷热障涂层材料是氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ，ZrO2-6-8wt.％Y2O3)。由于YSZ的长期使用温度不能超过1200℃，随着温度升高，相变加剧，易烧结，氧传导率高，过渡层金属易被氧化，导致涂层早期失效，已难以满足进一步提高涡轮进口温度的需要。而随着先进燃气轮机向高流量、高推重比发展，热障涂层表面工作温度越来越高，可能高达1400℃，因此有必要寻找能耐更高使用温度的陶瓷热障涂层材料。具有缺陷型萤石结构的La2Ce2O7陶瓷材料拥有更好的热稳定性和更低的热导率，与YSZ陶瓷相比(1000℃时的热导率为2.1-2.2W/(m.k))，La2Ce2O7陶瓷在1000℃时热导率仅为0.51W/(m.k)，热导率降低了约75％(马文，郭洪波，宫声凯等，等离子喷涂铈酸镧热障涂层，无机材料学报，2009(24):983-988)。然而，La2Ce2O7陶瓷在200～300℃范围内有热膨胀系数明显下降的特点，从而造成涂覆La2Ce2O7涂层的热障涂层体系在热循环过程中发生早期剥落失效。因此，有必要制备具有抑制低温热膨胀系数下降的La2Ce2O7基陶瓷涂层，延长热障涂层体系的热循环寿命。
传统的等离子喷涂法制备热障涂层的工艺流程为：采用液相法或高能球磨固相合成纳米或微米粉体原料，将合成的原料通过造粒工艺获得具有较好流动性且适合等离子喷涂的微米级颗粒，将获得的微米级颗粒煅烧致密化，使用煅烧致密化的粉末进行等离子喷涂制备热障涂层。该方法工艺复杂、成本高、原料损耗大。特别是在制备纳米结构热障涂层时，在粉末制备过程中不可避免的出现纳米粉体的晶粒长大，使得涂层的晶粒尺寸超出纳米结构范围。因此，即使原始粉末是纳米粉末，制备得到的涂层很可能超出纳米结构，导致涂层的热物理性能和力学性能下降。
发明内容
本发明针对La2Ce2O7陶瓷在200～300℃范围内有热膨胀系数明显下降，从而造成涂覆La2Ce2O7涂层的热障涂层体系在服役过程中容易发生早期剥落失效的情况，设计提供了一种陶瓷热障La2(Ce1-xMx)2O7+δ涂层及溶液等离子喷涂方法原位反应快速制备La2(Ce1- xMx)2O7+δ涂层的方法。
本发明的目的之一是提供一种陶瓷热障涂层。本发明的涂层具有纳米/微米混合孔隙结构、层状结构、垂直裂纹，并且该涂层具有优异的隔热性能和抗热冲击性能。该涂层可以用于1200～1400℃温度范围内高温合金，或难熔合金的高温防护。
一种陶瓷热障涂层，陶瓷涂层成分为La2(Ce1-xMx)2O7+δ，其中，M为Ti、Zr、Hf、Ta、Nb、Mo和W中的一种或者两种以上的组合，0.10≤x≤0.30，0≤δ≤0.6。
所述La2(Ce1-xMx)2O7+δ涂层成分可优选为：
La2(Ce0.9Ti0.1)2O7或La2(Ce0.8Ti0.2)2O7或La2(Ce0.7Ti0.3)2O7或
La2(Ce0.9Zr0.1)2O7或La2(Ce0.8Zr0.2)2O7或La2(Ce0.7Zr0.3)2O7或
La2(Ce0.9Hf0.1)2O7或La2(Ce0.8Hf0.2)2O7或La2(Ce0.7Hf0.3)2O7或
La2(Ce0.9Ta0.1)2O7.1或La2(Ce0.8Ta0.2)2O7.2或La2(Ce0.7Ta0.3)2O7.3或
La2(Ce0.9Nb0.1)2O7.1或La2(Ce0.8Nb0.2)2O7.2或La2(Ce0.7Nb0.3)2O7.3或
La2(Ce0.9Mo0.1)2O7.2或La2(Ce0.8Mo0.2)2O7.4或La2(Ce0.7Mo0.3)2O7.6或
La2(Ce0.9W0.1)2O7.2或La2(Ce0.8W0.2)2O7.4或La2(Ce0.7W0.3)2O7.6。
本发明的陶瓷热障涂层中加入Ti、Zr、Hf、Ta、Nb、Mo和/或W使得材料的结晶结构复杂化，并且产生局部应力场，从而可以有效地抑制声子散射并获得较低的热导率，提高材料的隔热性能。掺杂元素M与O的键能(M-O)小于Ce-O键能可以提高材料的热膨胀系数，如Ti-O，Zr-O，Hf-O，Nb-O，Mo-O，W-O键的键能分别为662kJ/mol，760kJ/mol，791kJ/mol，753kJ/mol，607kJ/mol，653kJ/mol，均小于Ce-O键的键能795kJ/mol。x值在0.10-0.30范围时，合成的材料为单相萤石结构；而x>0.30时，则合成的材料为萤石结构(La2Ce2O7)和烧绿石结构(La2M2O7)的复合材料。主要根据所掺杂的元素价态不同，以及x值(即M掺杂含量)的设置，来获得δ数值的范围；当x值为0.10-0.30时，δ为0-0.6。
本发明的另一目的是提供了上述La2(Ce1-xMx)2O7+δ涂层的制备方法，可采用溶液等离子喷涂方法原位反应快速制备该涂层。该制备方法具有简单、高效、成本低、可灵活调控涂层成分的特点，适合工业化生产。
一种原位反应快速制备涂层的方法，包括如下步骤：
(1)将可溶性La盐、可溶性Ce盐和可溶性M盐按照La离子:Ce离子:M离子＝1:(1-x):x的化学计量比(即摩尔比)溶解到去离子水中，配制成前驱体溶液；其中，M为Ti、Zr、Hf、Ta、Nb、Mo和W中的一种或者两种以上的组合，0.10≤x≤0.30；
(2)将前驱体溶液采用磁力搅拌器搅拌2～5小时，然后用氨水将前驱体溶液的pH值调到3～6，并采用磁力搅拌器继续搅拌5～10小时；
(3)将处理后的前驱体溶液用压力送料装置送入二流体雾化喷头，经雾化喷头雾化后的前驱体液滴送入等离子焰流，进行等离子喷涂；前驱体雾化液滴在等离子焰流中经过破碎、溶剂蒸发、热分解、化学反应、熔化后，沉积到经过预热的基底材料表面，从而快速制备形成La2(Ce1-xMx)2O7+δ涂层，其中0≤δ≤0.6。
步骤(1)中，可溶性La盐为La的醋酸盐、氯化盐或硝酸盐；可溶性Ce盐为Ce的醋酸盐、氯化盐或硝酸盐；可溶性M盐为M的醋酸盐、氯化盐或硝酸盐。
可溶性La盐、可溶性Ce盐和可溶性M盐的纯度均为≥99.99％(质量百分数)，前驱体溶液中La离子的摩尔浓度为0.5～2.0mol/L。
进一步地，可在前驱体溶液中添加尿素(CO(NH2)2)或者醋酸铵(CH3COONH4)，添加量为La离子含量的0～50mol.％。其中，尿素(CO(NH2)2)或者醋酸铵(CH3COONH4)的纯度为≥99.99％(质量百分数)。加入尿素或醋酸铵可以提高前驱体在等离子焰流中发生反应时的放热量，从而有助于形成结晶相良好的涂层。
步骤(2)中，采用0.1～0.6mol/L的氨水调节前驱体溶液的pH值，控制氨水滴定速率为0.3～1.2ml/min。优选的，采用0.3mol/L的氨水调节前驱体溶液的pH值，控制氨水滴定速率为0.5ml/min。优选的，用氨水将前驱体溶液的pH值调到5。
步骤(3)中，基底材料可以为包括高温合金或难熔合金在内的金属或合金材料，如Fe基合金、Co基合金、Ni基合金、TiAl合金、Hf基合金、Zr基合金、Nb基合金、Mo基合金、W基合金、Re基合金等；基体材料的预热温度可选择为150～350℃。
在等离子喷涂过程中，可通过控制雾化压力、等离子焰流温度、喷涂距离等来获得更精确的陶瓷涂层成分。雾化压力一般为1.0～2.0巴(bar)，等离子焰流的温度通过调节Ar气和H2气的流量以及喷枪电流来控制，通常Ar气流量为30～50L/min，H2气流量为8～16L/min，喷枪电流为500～700A，喷涂距离一般为30～60mm。
本发明方法制备的La2(Ce1-xMx)2O7+δ涂层，具有纳米/微米混合孔隙结构、层状结构、垂直裂纹，并且该涂层具有优异的隔热性能和抗热冲击性能。
本发明采用溶液前驱体等离子喷涂方法制备La2Ce2O7基热障涂层，制备过程简单、制备周期短、成分可以灵活调控，可以实现原位反应快速制备涂层。而且采用溶液前驱体等离子喷涂方法制备的热障涂层具有明显的层状结构，这种结构可以有效阻碍热流传导，使La2Ce2O7基热障涂层的热导率进一步降低，能够进一步提高这种材料的隔热性能和抗热冲击性。
本发明是一种溶液等离子喷涂原位反应快速制备La2(Ce1-xMx)2O7+δ涂层的方法，M为Ti、Zr、Hf、Ta、Nb、Mo或W中的一种或者一种以上的组合，0.10≤x≤0.30，0≤δ≤0.6。该方法使用可溶性镧盐、可溶性铈盐和可溶性M盐均匀混合并采用等离子喷涂的方法快速制备La2(Ce1-xMx)2O7+δ涂层。该制备方法具有简单、高效、成本低、可灵活调控涂层成分的特点，适合工业化生产。本发明通过溶液等离子喷涂制备的La2(Ce1-xMx)2O7+δ涂层具有优异的隔热性能和抗热冲击性能，涂层结构稳定，服役寿命长，可用于舰船发动机、航空发动机、地面燃气轮机、火箭发动机等高温合金，或难熔合金热端部件的高温防护。
附图说明
图1为实施例1制备的La2(Ce0.9Zr0.1)2O7涂层的XRD衍射图。
图2为实施例1制备的La2(Ce0.9Zr0.1)2O7涂层的截面扫描电镜照片。
图3为La2(Ce0.9Zr0.1)2O7、La2(Ce0.8Ta0.2)2O7.2和La2(Ce0.7W0.3)2O7.6涂层的热膨胀系数曲线。
具体实施方式
本发明将纯度为99.99％(质量百分数，以下相同)的可溶性La盐、可溶性Ce盐和可溶性M盐按照La离子:Ce离子:M离子＝1:1-x:x的化学计量比溶解到去离子水中，配制成前驱体溶液，且溶液中La离子的摩尔浓度为0.5～2.0mol/L；可在前驱体溶液中添加纯度为99.99％(质量百分数，以下相同)的尿素(CO(NH2)2)或者醋酸铵(CH3COONH4)，添加量为La离子含量的0～50mol.％。将前驱体溶液使用磁力搅拌器搅拌2～5小时，然后用0.1～0.6mol/L的氨水将前驱体溶液的pH值调到3～6，控制氨水滴定速率为0.3～1.2ml/min，并使用磁力搅拌器搅拌5～10小时。将制备好的前驱体溶液用压力送料装置送入二流体雾化喷头，经雾化喷头雾化后的前驱体液滴送入等离子焰流。前驱体雾化液滴在等离子焰流中经过破碎、溶剂蒸发、热分解、化学反应、熔化后，沉积到经过预热的基底材料表面，从而快速制备形成La2(Ce1-xMx)2O7+δ涂层，其中0≤δ≤0.6。
实施例1：制备La2(Ce0.9Zr0.1)2O7涂层
将纯度为99.99％的La(NO3)3·6H2O、Ce(CH3COO)3、ZrOCl2按照La离子:Ce离子:Zr离子＝1:0.9:0.1的化学计量比溶解到去离子水中，配制成前驱体溶液，且溶液中La离子的摩尔浓度为1.0mol/L。并在前驱体溶液中添加纯度为99.99％的尿素(CO(NH2)2)，添加量为La离子含量的10mol.％。
将前驱体溶液使用磁力搅拌器搅拌5小时，然后用0.3mol/L的氨水将前驱体溶液的pH值调到5，控制氨水滴定速率为0.5ml/min，并使用磁力搅拌器搅拌5小时。
将制备好的前驱体溶液用压力送料装置送入二流体雾化喷头，经雾化喷头雾化后的前驱体液滴送入等离子焰流。前驱体雾化液滴在等离子焰流中经过破碎、溶剂蒸发、热分解、化学反应、熔化后，沉积到经过预热的基底材料表面，从而快速制备形成La2(Ce0.9Zr0.1)2O7涂层。雾化压力为1.2bar，Ar气流量为35L/min，H2气流量为12L/min，喷枪电流为550A，喷涂距离一般为38mm。
由图1可以看出，实施例1制备的La2(Ce0.9Zr0.1)2O7涂层具有缺陷型萤石结构。由图2可以看出，实施例1制备的La2(Ce0.9Zr0.1)2O7涂层具有纳米/微米混合孔隙结构、层状结构、垂直裂纹。由图3可以看出，实施例1制备的La2(Ce0.9Zr0.1)2O7涂层能够明显抑制La2Ce2O7的热膨胀系数在200～300℃范围内明显下降的现象。采用该方法制备的La2(Ce0.9Zr0.1)2O7涂层具有优异的隔热性能和抗热冲击性能。厚度约200μm的涂层隔热大约120℃。在1121℃炉内保温45min，炉外15min风扇冷却条件下涂层样品的热循环寿命约450次。
实施例2：制备La2(Ce0.8Ti0.2)2O7涂层
将纯度为99.99％的La(CH3COO)3、Ce(NO3)3·6H2O、Ti(CH3COO)4按照La离子:Ce离子:Ti离子＝1:0.8:0.2的化学计量比溶解到去离子水中，配制成前驱体溶液，且溶液中La离子的摩尔浓度为0.8mol/L。并在前驱体溶液中添加纯度为99.99％的醋酸铵(CH3COONH4)，添加量为La离子含量的40mol.％。
将前驱体溶液使用磁力搅拌器搅拌3小时，然后用0.3mol/L的氨水将前驱体溶液的pH值调到5，控制氨水滴定速率为0.5ml/min，并使用磁力搅拌器搅拌6小时。
将制备好的前驱体溶液用压力送料装置送入二流体雾化喷头，经雾化喷头雾化后的前驱体液滴送入等离子焰流。前驱体雾化液滴在等离子焰流中经过破碎、溶剂蒸发、热分解、化学反应、熔化后，沉积到经过预热的基底材料表面，从而快速制备形成La2(Ce0.8Ti0.2)2O7涂层。雾化压力为1.3bar，Ar气流量为40L/min，H2气流量为12L/min，喷枪电流为580A，喷涂距离一般为42mm。
制备的La2(Ce0.8Ti0.2)2O7涂层具有缺陷型萤石结构，具有纳米/微米混合孔隙结构、层状结构、垂直裂纹，以及优异的隔热性能和抗热冲击性能。
实施例3：制备La2(Ce0.7Hf0.3)2O7涂层
将纯度为99.99％的La(NO3)3·6H2O、Ce(CH3COO)3、HfOCl2按照La离子:Ce离子:Hf离子＝1:0.7:0.3的化学计量比溶解到去离子水中，配制成前驱体溶液，且溶液中La离子的摩尔浓度为1.5mol/L。并在前驱体溶液中添加纯度为99.99％的尿素(CO(NH2)2)，添加量为La离子含量的30mol.％。
将前驱体溶液使用磁力搅拌器搅拌2小时，然后用0.3mol/L的氨水将前驱体溶液的pH值调到5，控制氨水滴定速率为0.5ml/min，并使用磁力搅拌器搅拌6小时。
将制备好的前驱体溶液用压力送料装置送入二流体雾化喷头，经雾化喷头雾化后的前驱体液滴送入等离子焰流。前驱体雾化液滴在等离子焰流中经过破碎、溶剂蒸发、热分解、化学反应、熔化后，沉积到经过预热的基底材料表面，从而快速制备形成La2(Ce0.7Hf0.3)2O7涂层。雾化压力为1.4bar，Ar气流量为45L/min，H2气流量为12L/min，喷枪电流为600A，喷涂距离一般为45mm。
制备的La2(Ce0.7Hf0.3)2O7涂层具有缺陷型萤石结构，具有纳米/微米混合孔隙结构、层状结构、垂直裂纹，以及优异的隔热性能和抗热冲击性能。
实施例4：制备La2(Ce0.8Ta0.2)2O7.2涂层
将纯度为99.99％的LaCl3、Ce(CH3COO)3、Ta(C2H5O)5按照La离子:Ce离子:Ta离子＝1:0.8:0.2的化学计量比溶解到去离子水中，配制成前驱体溶液，且溶液中La离子的摩尔浓度为2.0mol/L。并在前驱体溶液中添加纯度为99.99％的醋酸铵(CH3COONH4)，添加量为La离子含量的50mol.％。
将前驱体溶液使用磁力搅拌器搅拌5小时，然后用0.3mol/L的氨水将前驱体溶液的pH值调到5，控制氨水滴定速率为0.5ml/min，并使用磁力搅拌器搅拌10小时。
将制备好的前驱体溶液用压力送料装置送入二流体雾化喷头，经雾化喷头雾化后的前驱体液滴送入等离子焰流。前驱体雾化液滴在等离子焰流中经过破碎、溶剂蒸发、热分解、化学反应、熔化后，沉积到经过预热的基底材料表面，从而快速制备形成La2(Ce0.8Ta0.2)2O7.2涂层。雾化压力为1.8bar，Ar气流量为48L/min，H2气流量为10L/min，喷枪电流为650A，喷涂距离一般为40mm。
由图3可以看出，实施例4制备的La2(Ce0.8Ta0.2)2O7.2涂层能够明显抑制La2Ce2O7的热膨胀系数在200～300℃范围内明显下降的现象。制备的La2(Ce0.8Ta0.2)2O7.2涂层具有缺陷型萤石结构，具有纳米/微米混合孔隙结构、层状结构、垂直裂纹，以及优异的隔热性能和抗热冲击性能。
实施例5：制备La2(Ce0.9Nb0.1)2O7.1涂层
将纯度为99.99％的La(NO3)3·6H2O、Ce(CH3COO)3、NbOCl3按照La离子:Ce离子:Nb离子＝1:0.9:0.1的化学计量比溶解到去离子水中，配制成前驱体溶液，且溶液中La离子的摩尔浓度为1.8mol/L。并在前驱体溶液中添加纯度为99.99％的尿素(CO(NH2)2)，添加量为La离子含量的25mol.％。
将前驱体溶液使用磁力搅拌器搅拌4小时，然后用0.3mol/L的氨水将前驱体溶液的pH值调到5，控制氨水滴定速率为0.5ml/min，并使用磁力搅拌器搅拌8小时。
将制备好的前驱体溶液用压力送料装置送入二流体雾化喷头，经雾化喷头雾化后的前驱体液滴送入等离子焰流。前驱体雾化液滴在等离子焰流中经过破碎、溶剂蒸发、热分解、化学反应、熔化后，沉积到经过预热的基底材料表面，从而快速制备形成La2(Ce0.9Nb0.1)2O7.1涂层。雾化压力为1.2bar，Ar气流量为35L/min，H2气流量为12L/min，喷枪电流为550A，喷涂距离一般为38mm。
制备的La2(Ce0.9Nb0.1)2O7.1涂层具有缺陷型萤石结构，具有纳米/微米混合孔隙结构、层状结构、垂直裂纹，以及优异的隔热性能和抗热冲击性能。
实施例6：制备La2(Ce0.8Mo0.2)2O7.4涂层
将纯度为99.99％的La(NO3)3·6H2O、Ce(CH3COO)3、Mo2C8H12O8按照La离子:Ce离子:Mo离子＝1:0.8:0.2的化学计量比溶解到去离子水中，配制成前驱体溶液，且溶液中La离子的摩尔浓度为0.9mol/L。并在前驱体溶液中添加纯度为99.99％的醋酸铵(CH3COONH4)，添加量为La离子含量的18mol.％。
将前驱体溶液使用磁力搅拌器搅拌5小时，然后用0.3mol/L的氨水将前驱体溶液的pH值调到5，控制氨水滴定速率为0.5ml/min，并使用磁力搅拌器搅拌5小时。
将制备好的前驱体溶液用压力送料装置送入二流体雾化喷头，经雾化喷头雾化后的前驱体液滴送入等离子焰流。前驱体雾化液滴在等离子焰流中经过破碎、溶剂蒸发、热分解、化学反应、熔化后，沉积到经过预热的基底材料表面，从而快速制备形成La2(Ce0.8Mo0.2)2O7.4涂层。雾化压力为1.8bar，Ar气流量为45L/min，H2气流量为8L/min，喷枪电流为680A，喷涂距离一般为50mm。
制备的La2(Ce0.8Mo0.2)2O7.4涂层具有缺陷型萤石结构，具有纳米/微米混合孔隙结构、层状结构、垂直裂纹，以及优异的隔热性能和抗热冲击性能。
实施例7：制备La2(Ce0.7W0.3)2O7.6涂层
将纯度为99.99％的La(CH3COO)3、Ce(CH3COO)3、WCl4按照La离子:Ce离子:W离子＝1:0.7:0.3的化学计量比溶解到去离子水中，配制成前驱体溶液，且溶液中La离子的摩尔浓度为1.2mol/L。并在前驱体溶液中添加纯度为99.99％的醋酸铵(CH3COONH4)，添加量为La离子含量的36mol.％。
将前驱体溶液使用磁力搅拌器搅拌3小时，然后用0.3mol/L的氨水将前驱体溶液的pH值调到5，控制氨水滴定速率为0.5ml/min，并使用磁力搅拌器搅拌10小时。
将制备好的前驱体溶液用压力送料装置送入二流体雾化喷头，经雾化喷头雾化后的前驱体液滴送入等离子焰流。前驱体雾化液滴在等离子焰流中经过破碎、溶剂蒸发、热分解、化学反应、熔化后，沉积到经过预热的基底材料表面，从而快速制备形成La2(Ce0.7W0.3)2O7.6涂层。雾化压力为1.4bar，Ar气流量为42L/min，H2气流量为14L/min，喷枪电流为600A，喷涂距离一般为48mm。
由图3可以看出，实施例7制备的La2(Ce0.7W0.3)2O7.6涂层能够明显抑制La2Ce2O7的热膨胀系数在200～300℃范围内明显下降的现象。制备的La2(Ce0.7W0.3)2O7.6涂层具有缺陷型萤石结构，具有纳米/微米混合孔隙结构、层状结构、垂直裂纹，以及优异的隔热性能和抗热冲击性能。
本发明方法制备的涂层具有优异的隔热性能和抗热冲击性能，厚度约200μm的涂层隔热大约120℃；在1121℃炉内保温45min，炉外15min风扇冷却条件下涂层样品的热循环寿命为430-480次。
本发明通过溶液等离子喷涂制备的La2(Ce1-xMx)2O7+δ涂层具有优异的隔热性能和抗热冲击性能，涂层结构稳定，服役寿命长，可用于舰船发动机、航空发动机、地面燃气轮机、火箭发动机等高温合金，或难熔合金热端部件的高温防护。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种陶瓷热障涂层，其特征在于：涂层成分为La2(Ce1-xMx)2O7+δ，M为Ti、Zr、Hf、Ta、Nb、Mo和W中的一种或者两种以上的组合，0.10≤x≤0.30，0≤δ≤0.6。
2.根据权利要求1所述的陶瓷热障涂层，其特征在于：所述陶瓷热障涂层的成分为：La2(Ce0.9Ti0.1)2O7、La2(Ce0.8Ti0.2)2O7、La2(Ce0.7Ti0.3)2O7、La2(Ce0.9Zr0.1)2O7、La2(Ce0.8Zr0.2)2O7、La2(Ce0.7Zr0.3)2O7、La2(Ce0.9Hf0.1)2O7、La2(Ce0.8Hf0.2)2O7、La2(Ce0.7Hf0.3)2O7、La2(Ce0.9Ta0.1)2O7.1、La2(Ce0.8Ta0.2)2O7.2、La2(Ce0.7Ta0.3)2O7.3、La2(Ce0.9Nb0.1)2O7.1、La2(Ce0.8Nb0.2)2O7.2、La2(Ce0.7Nb0.3)2O7.3、La2(Ce0.9Mo0.1)2O7.2、La2(Ce0.8Mo0.2)2O7.4、La2(Ce0.7Mo0.3)2O7.6、La2(Ce0.9W0.1)2O7.2、La2(Ce0.8W0.2)2O7.4或La2(Ce0.7W0.3)2O7.6。
3.一种原位反应快速制备涂层的方法，包括如下步骤：
(1)将可溶性La盐、可溶性Ce盐和可溶性M盐按照La离子:Ce离子:M离子＝1:(1-x):x的化学计量比溶解到去离子水中，配制成前驱体溶液；其中，M为Ti、Zr、Hf、Ta、Nb、Mo和W中的一种或者两种以上的组合，0.10≤x≤0.30；
(2)将前驱体溶液采用磁力搅拌器搅拌2～5小时，然后用氨水将前驱体溶液的pH值调到3～6，并采用磁力搅拌器继续搅拌5～10小时；
(3)将处理后的前驱体溶液用压力送料装置送入二流体雾化喷头，经雾化喷头雾化后的前驱体液滴送入等离子焰流，进行等离子喷涂；前驱体雾化液滴在等离子焰流中经过破碎、溶剂蒸发、热分解、化学反应、熔化后，沉积到经过预热的基底材料表面，形成La2(Ce1- xMx)2O7+δ涂层，0≤δ≤0.6。
4.根据权利要求3所述的原位反应快速制备涂层的方法，其特征在于：所述的可溶性La盐为La的醋酸盐、氯化盐或硝酸盐；可溶性Ce盐为Ce的醋酸盐、氯化盐或硝酸盐；可溶性M盐为M的醋酸盐、氯化盐或硝酸盐。
5.根据权利要求3所述的原位反应快速制备涂层的方法，其特征在于：所述的前驱体溶液中La离子的摩尔浓度为0.5～2.0mol/L。
6.根据权利要求3所述的原位反应快速制备涂层的方法，其特征在于：所述的前驱体溶液中还添加尿素或者醋酸铵。
7.根据权利要求6所述的原位反应快速制备涂层的方法，其特征在于：所述的尿素或者醋酸铵的添加量为La离子含量的0～50mol.％。
8.根据权利要求3所述的原位反应快速制备涂层的方法，其特征在于：采用0.1～0.6mol/L的氨水调节前驱体溶液的pH值，氨水滴定速率为0.3～1.2ml/min。
9.根据权利要求3所述的原位反应快速制备涂层的方法，其特征在于：所述雾化的压力为1.0～2.0巴，等离子喷涂中Ar气流量为30～50L/min，H2气流量为8～16L/min，喷枪电流为500～700A，喷涂距离为30～60mm。
10.根据权利要求3所述的原位反应快速制备涂层的方法，其特征在于：所述的基体材料的预热温度为150～350℃。
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