CN108468011A - 双陶瓷层界面成分呈连续变化的梯度热障涂层及其制备方法 - Google Patents

双陶瓷层界面成分呈连续变化的梯度热障涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双陶瓷层界面成分呈连续变化的梯度热障涂层及其制备方法。该梯度热障涂层从下至上依次设置的基体、粘结层、陶瓷底层、过渡层和陶瓷面层，其中陶瓷底层和陶瓷面层之间的过渡层成分呈连续变化。该热障涂层可以采用等离子喷涂工艺制备，其典型制备工艺包括大气等离子喷涂、超低压等离子物理多相沉积等。获得的热障涂层在热循环过程中不再发生双陶瓷层界面处开裂剥落问题，从而使得热障涂层抗热冲击寿命大大提高。

Description

双陶瓷层界面成分呈连续变化的梯度热障涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种热障涂层技术，尤其涉及一种双陶瓷层界面成分呈连续变化的梯度热障涂层及其制备方法。
背景技术
热障涂层技术由于能够提高航空发动机热端部件使用温度，提高涡轮前进口温度、延长发动机寿命、降低油耗，目前已经成为军用、民用航空发动机中的一项核心关键技术。目前，热障涂层在汽车、轮船、地面燃机等方面也有广泛应用。
目前广泛应用的热障涂层材料主要是氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)，且已在推重比为10的一级发动机涡轮叶片上获得成功应用，但是其长期最高使用温度不能超过1200℃，否则会在冷却过程中产生相变及体积膨胀而引发涂层失效。然而，随着航空发动机推重比的不断提高，涡轮前进口温度不断提升，热障涂层的使用温度也要求不断提升。国内外学者通过广泛探索，研究开发了可用于更高使用温度的热障涂层陶瓷材料，如具有烧绿石结构的Gd，Eu，Sm，Nd和La的锆酸盐，具有萤石结构的La2Ce2O7、钙钛矿结构氧化物、磁铁铅矿六方镧铝酸盐等等。然而这些材料实际应用过程中，由于材料本身特性存在一些不足，导致其热循环寿命较低。比如烧绿石结构锆酸盐断裂韧性差、热膨胀系数低；La2Ce2O7在200-400℃范围内热膨胀系数存在异常下降现象，且与TGO(Al2O3)高温下发生反应等。通过在新陶瓷层与粘结层间设计制备一层YSZ陶瓷层，一定程度上缓解了上述问题，与单层陶瓷结构相比，双层陶瓷结构热冲击性能显著提高。双层结构涂层剥落失效主要发生于新陶瓷层和YSZ陶瓷层的界面处，主要是由于热冲击过程中界面成分突然改变带来的结构不稳定所致。如果能够进一步避免这一问题，其热循环寿命又会有所提升。上海硅酸盐研究所通过喷涂不同比例的YSZ/锆酸盐的混合粉末制备了梯度复合涂层，但是该结构中涂层界面较多，热力学行为更复杂，制备工艺复杂，难以实际应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种双陶瓷层界面成分呈连续变化的梯度热障涂层及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的双陶瓷层界面成分呈连续变化的梯度热障涂层，包括从下至上依次设置的基体、粘结层、陶瓷底层、过渡层和陶瓷顶层，所述陶瓷底层和陶瓷顶层之间的过渡层成分按以下方式呈连续变化：
陶瓷底层成分呈梯度下降，陶瓷顶层成分呈梯度上升。
本发明的上述的双陶瓷层界面成分呈连续变化的梯度热障涂层的制备方法，包括以下步骤：
第一步、准备高温合金基体，基体经过喷砂预处理；
第二步、在所述的基体上制备粘结层；
第三步、在所述的粘结层上沉积界面成分呈连续变化的双陶瓷层。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的双陶瓷层界面成分呈连续变化的梯度热障涂层及其制备方法，获得的热障涂层在热循环过程中不再发生双陶瓷层界面处开裂剥落问题，从而使得热障涂层抗热冲击寿命大大提高。
附图说明
图1为本发明实施例提供的双陶瓷层界面成分呈连续变化的梯度热障涂层的结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明的双陶瓷层界面成分呈连续变化的梯度热障涂层，其较佳的具体实施方式是：
如图1所示，包括从下至上依次设置的基体、粘结层、陶瓷底层、过渡层和陶瓷顶层，所述陶瓷底层和陶瓷顶层之间的过渡层成分按以下方式呈连续变化：
陶瓷底层成分呈梯度下降，陶瓷顶层成分呈梯度上升。
所述的陶瓷底层和陶瓷顶层的厚度比例为0.1～10，过渡层厚度是陶瓷层总厚度的1/10～1/3。
本发明的上述的双陶瓷层界面成分呈连续变化的梯度热障涂层的制备方法，其较佳的具体实施方式是：
包括以下步骤：
第一步、准备高温合金基体，基体经过喷砂预处理；
第二步、在所述的基体上制备粘结层；
第三步、在所述的粘结层上沉积界面成分呈连续变化的双陶瓷层。
第三步中，所述的界面成分呈连续变化的双陶瓷层采用的制备方法为等离子喷涂技术，包括大气等离子喷涂、超低压等离子物理多相沉积。
第三步中，所述的界面成分呈连续变化的双陶瓷层通过调控两种粉末的送粉率来实现。
本发明的双陶瓷层界面成分呈连续变化的梯度热障涂层及其制备方法，粘结层材料为可以选择NiCoCrAlY或NiCoCrAlYX(X：Hf、Ta、Si中的一种或多种)。
所述的陶瓷底层为YSZ材料。
所述的陶瓷顶层为R2Zr2O7(R：La、Gd、Eu、Sm或Nd)、La2Ce2O7及其改性材料、LaMgAl11O9、LaTiAl11O9、Mg2SiO4等中的一种。
所述的陶瓷底层和顶层的厚度比例是0.1～10，优选的厚度比例为1.0，过渡层厚度是陶瓷层总厚度的1/10～1/3。
本发明的制备方法中，采用等离子喷涂方法，其典型工艺包括大气等离子喷涂、超低压等离子物理多相沉积等，如：
(A)超低压等离子物理多相沉积界面成分呈连续变化双陶瓷层；
(A1)准备喷涂粉末：C1粉末及C2粉末，将两种粉末分别放置在送粉器A和送粉器B中。所用粉末均为超细粒径纳米团聚粉，团聚粉末粒径为1～30μm。所述界面成分呈连续变化的双陶瓷层主要是通过调控两种粉末的送粉率来实现的；
(A2)将带粘结层样品装入工装后安装到真空室，抽真空至真空室压力低于1mbar；
(A3)设定喷涂参数：等离子气体流量Ar 35slpm/He60slpm，喷涂功率为60～75KW，送粉率10～20g/min，喷涂距离900～1400mm。引弧，点枪；
(A4)将样品移入等离子射流中，利用等离子射流对样品进行预加热，样品预热温度要求达到800～1000℃后，打开送粉器A(C1粉末)，开始喷涂C1陶瓷层；
(A5)根据涂层厚度的要求，当沉积厚度达到陶瓷底层要求厚度时，逐步减小送粉器A的送粉率，开始沉积双陶瓷层间的过渡层；同时打开送粉器B(C2粉末)并逐步增加送粉器B的送粉率。在此过程中，两种粉末的送粉率之和保持不变；
(A6)当过渡层厚度达到陶瓷层总厚度的1/10～1/3时，过渡层沉积完毕，关闭送粉器A，进行陶瓷顶层的沉积。当陶瓷顶层沉积厚度达到陶瓷顶层要求厚度时，制备结束，灭弧，待真空室冷却后，放气，取出样品；
(B)大气等离子喷涂界面成分呈连续变化双陶瓷层；
(B1)准备喷涂粉末：C1粉末及C2粉末，将两种粉末分别放置在送粉器A和送粉器B中。所述界面成分呈连续变化的双陶瓷层主要是通过调控两种粉末的送粉率来实现的；
(B2)将带粘结层样品装入工装，设定喷涂参数：等离子气体流量Ar 38L/min/H213L/min，喷涂功率为40～50KW，送粉率2g/min，转速3.5r/min,喷涂距离80～100mm；
(B3)利用等离子射流对样品进行预加热，样品预热温度要求达到后，打开送粉器A(C1粉末)，开始喷涂C1陶瓷层；
(B4)根据涂层厚度的要求，当沉积厚度达到陶瓷底层要求厚度时，逐步减小送粉器A的送粉率，开始沉积双陶瓷层间的过渡层；同时打开送粉器B(C2粉末)并逐步增加送粉器B的送粉率。在此过程中，两种粉末的送粉率之和保持不变；
(B5)当过渡层厚度达到陶瓷层总厚度的1/10～1/3时，过渡层沉积完毕，关闭送粉器A，进行陶瓷顶层的沉积。当陶瓷顶层沉积厚度到达面层厚度要求时，制备结束。
本发明的优点在于：
1.双陶瓷层界面处设置成分呈连续变化过渡层，可以有效增强双陶瓷层间的界面结合力，提高热障涂层体系的抗热冲击寿命。
2.本发明提供的制备方法—等离子喷涂工艺，通过调控两种粉末的送粉率就可实现界面成分呈连续变化的双陶瓷层，操作简便且沉积效率高。
3.本发明提供的制备方法可以制备得到准柱状结构的热障涂层陶瓷层，具有很好的抗热冲击性能。
4.本发明提供的制备方法可以实现基体高的预热温度，粘结层和陶瓷层间结合良好。
具体实施例：
第一步准备高温合金基体，基体经过喷砂预处理；
第二步在所述的基体上制备NiCoCrAlY粘结层。
(A)采用低压等离子喷涂方法制备NiCoCrAlY粘结层。主要工艺参数为：喷涂功率64KW，真空室压力35mbar，送粉率80g/min，喷涂距离350mm，主气流量Ar气为110L/min，H2气流量为6L/min；
(B)采用超音速火焰喷涂方法制备NiCoCrAlY粘结层。主要工艺参数为：煤油25L/h，氧气900L/min，燃烧室压力8.4bar，送粉率80g/min，喷涂距离350mm。
将制备好的粘结层依次在200#、400#、600#、800#砂纸上打磨，备用。若制备其他材料粘结层，如NiCoCrAlYX(X：Hf、Ta、Si中的一种或多种)，则将所用喷涂粉末改为NiCoCrAlYX粉末即可。
第三步在所述的粘结层上制备界面成分呈连续变化的YSZ/La2Ce2O7双陶瓷层，采用等离子喷涂工艺，其典型工艺包括超低压等离子物理多相沉积及大气等离子喷涂等方法。
(A)超低压等离子物理多相沉积界面成分呈连续变化YSZ/La2Ce2O7双陶瓷层
(A1)YSZ粉末及La2Ce2O7粉末，将两种粉末分别放置在送粉器A和送粉器B中。所用粉末均为超细粒径纳米团聚粉，团聚粉末粒径为1～30μm。所述界面成分呈连续变化的双陶瓷层主要是通过调控两种粉末的送粉率来实现的，
(A2)将带粘结层样品装入工装后安装到真空室，抽真空至真空室压力低于1mbar；
(A3)设定喷涂参数：等离子气体流量Ar 35slpm/He60slpm，喷涂功率为60～75KW，送粉率10～20g/min，喷涂距离900～1400mm。引弧，点枪；
(A4)将样品移入等离子射流中，利用等离子射流对样品进行预加热，样品预热温度要求达到800～1000℃后，打开送粉器A(YSZ粉末)，开始喷涂YSZ陶瓷层。
(A5)根据涂层厚度的要求，当沉积厚度达到陶瓷底层要求厚度时，逐步减小送粉器A的送粉率，开始沉积双陶瓷层间的过渡层；同时打开送粉器B(La2Ce2O7粉末)并逐步增加送粉器B的送粉率。在此过程中，两种粉末的送粉率之和保持不变。
(A6)当过渡层厚度达到陶瓷层总厚度的1/10～1/3时，过渡层沉积完毕，关闭送粉器A，进行陶瓷顶层La2Ce2O7的沉积。当陶瓷顶层沉积厚度达到陶瓷顶层要求厚度时，制备结束，灭弧，待真空室冷却后，放气，取出样品。
(B)大气等离子喷涂界面成分呈连续变化YSZ/La2Ce2O7双陶瓷层
(B1)YSZ粉末及La2Ce2O7粉末，将两种粉末分别放置在送粉器A和送粉器B中。所述界面成分呈连续变化的双陶瓷层主要是通过调控两种粉末的送粉率来实现的，
(B2)将带粘结层样品装入工装，设定喷涂参数：等离子气体流量Ar 38L/min/H213L/min，喷涂功率为40～50KW，送粉率2g/min，转速3.5r/min,喷涂距离80～100mm。
(B3)利用等离子射流对样品进行预加热，样品预热温度要求达到后，打开送粉器A(YSZ粉末)，开始喷涂YSZ陶瓷层。
(B4)根据涂层厚度的要求，当沉积厚度达到陶瓷底层要求厚度时，逐步减小送粉器A的送粉率，开始沉积双陶瓷层间的过渡层；同时打开送粉器B(La2Ce2O7粉末)并逐步增加送粉器B的送粉率。在此过程中，两种粉末的送粉率之和保持不变。
(B5)当过渡层厚度达到陶瓷层总厚度的1/10～1/3时，过渡层沉积完毕，关闭送粉器A，进行陶瓷顶层La2Ce2O7的沉积。当陶瓷顶层沉积厚度到达面层厚度要求时，制备结束。
所述的制备热障涂层的方法，陶瓷底层和顶层的厚度比例是0.1～10，优选的厚度比例为1.0，过渡层厚度是陶瓷层总厚度的1/10～1/3。
若制备其他双陶瓷层，如R2Zr2O7(R：La、Gd、Eu、Sm或Nd)、改性La2Ce2O7材料、LaMgAl11O9、LaTiAl11O9、Mg2SiO4等，则将上述制备过程中用到的La2Ce2O7替换为相应材料的粉末。采用喷涂步骤及参数同上。
实施例1：
在高温合金基体上超音速火焰喷涂NiCoCrAlYTa粘结层+超低压等离子物理多相沉积界面成分呈连续变化的YSZ/Gd2Zr2O7双陶瓷层
第一步准备高温合金基体，基体经过喷砂预处理；
第二步采用超音速火焰喷涂方法制备NiCoCrAlYTa粘结层。主要工艺参数为：煤油25L/h，氧气900L/min，燃烧室压力8.4bar，送粉率80g/min，喷涂距离350mm。将制备好的粘结层依次在200#、400#、600#、800#砂纸上打磨，备用。
第三步在所述的粘结层上采用超低压等离子物理多相沉积方法沉积界面成分呈连续变化的YSZ/Gd2Zr2O7双陶瓷层。具体制备步骤如下：
(1)准备喷涂粉末：YSZ粉末及Gd2Zr2O7粉末，将两种粉末分别放置在送粉器A和送粉器B中。所用粉末均为超细粒径纳米团聚粉，团聚粉末粒径为1～30μm。所述界面成分呈连续变化的双陶瓷层主要是通过调控两种粉末的送粉率来实现的；
(2)将带粘结层样品装入工装后安装到真空室，抽真空至真空室压力低于1mbar；
(3)设定喷涂参数：等离子气体流量Ar 35slpm/He60slpm，喷涂功率为65KW，送粉率10g/min，喷涂距离1000mm。引弧，点枪；
(4)将样品移入等离子射流中，利用等离子射流对样品进行预加热，样品预热温度要求达到温度升到～900℃后，打开送粉器A(YSZ粉末)，开始喷涂YSZ陶瓷底层。
(5)当沉积厚度～90μm时，逐步减小送粉器A的送粉率，开始沉积双陶瓷层间的过渡层；同时打开送粉器B(Gd2Zr2O7粉末)并逐步增加送粉器B的送粉率。在此过程中，两种粉末的送粉率之和保持不变。
(6)当过渡层厚度为～20μm时，过渡层沉积完毕，关闭送粉器A，进行Gd2Zr2O7陶瓷顶层的沉积。当Gd2Zr2O7陶瓷顶层沉积厚度为～90μm时，制备结束，灭弧，待真空室冷却后，放气，取出样品。
制备得到准柱状结构双层梯度YSZ/Gd2Zr2O7热障涂层。在1300℃，保温5min，冷却90s的燃气热冲击条件下，无成分梯度的YSZ/Gd2Zr2O7热障涂层抗热冲击次数约为910次，涂层开裂剥落部位主要发生在YSZ/Gd2Zr2O7界面处；而界面成分呈连续变化的YSZ/Gd2Zr2O7梯度热障涂层抗热冲击寿命约为1250次，寿命提高了37％，剥落失效部位发生在粘结层与YSZ界面处。
实施例2：在高温合金基体上低压等离子喷涂NiCoCrAlYHfSi粘结层+超低压等离子物理多相沉积界面成分呈连续变化的YSZ/(La0.8Ga0.2)2Ce2O7双陶瓷层
第一步准备高温合金基体，基体经过喷砂预处理；
第二步采用低压等离子喷涂方法制备NiCoCrAlYHfSi粘结层。主要工艺参数为：喷涂功率64KW，真空室压力35mbar，送粉率80g/min，喷涂距离350mm，主气流量Ar气为110L/min，H2气流量为6L/min。将制备好的粘结层依次在200#、400#、600#、800#砂纸上打磨，备用。
第三步在所述的粘结层上采用超低压等离子物理多相沉积方法沉积界面成分呈连续变化的YSZ/(La0.8Ga0.2)2Ce2O7双陶瓷层。具体制备步骤如下：
(1)准备喷涂粉末：YSZ粉末及(La0.8Ga0.2)2Ce2O7粉末，将两种粉末分别放置在送粉器A和送粉器B中。所用粉末均为超细粒径纳米团聚粉，团聚粉末粒径为1～30μm。所述界面成分呈连续变化的双陶瓷层主要是通过调控两种粉末的送粉率来实现的。
(2)将带粘结层样品装入工装后安装到真空室，抽真空至真空室压力低于1mbar；
(3)设定喷涂参数：等离子气体流量Ar 35slpm/He60slpm，喷涂功率为65KW，送粉率10g/min，喷涂距离1000mm。引弧，点枪；
(4)将样品移入等离子射流中，利用等离子射流对样品进行预加热，样品预热温度要求达到温度升到～900℃后，打开送粉器A(YSZ粉末)，开始喷涂YSZ陶瓷底层。
(5)当沉积厚度～80μm时，逐步减小送粉器A的送粉率，开始沉积双陶瓷层间的过渡层；同时打开送粉器B(La0.8Ga0.2)2Ce2O7粉末)并逐步增加送粉器B的送粉率。在此过程中，两种粉末的送粉率之和保持不变。
(6)当过渡层厚度为～40μm时，过渡层沉积完毕，关闭送粉器A，进行(La0.8Ga0.2)2Ce2O7陶瓷顶层的沉积。当(La0.8Ga0.2)2Ce2O7陶瓷顶层沉积厚度为～80μm时，制备结束，灭弧，待真空室冷却后，放气，取出样品。
制备得到准柱状结构YSZ/(La0.8Ga0.2)2Ce2O7梯度热障涂层。在1300℃，保温5min，冷却90s的燃气热冲击条件下，无成分梯度的YSZ/(La0.8Ga0.2)2Ce2O7热障涂层抗热冲击次数约为2100次，失效部位发生在YSZ/(La0.8Ga0.2)2Ce2O7界面处；而界面成分呈连续变化的YSZ/(La0.8Ga0.2)2Ce2O7梯度热障涂层抗热冲击寿命约为2600次，寿命提高了24％，涂层失效剥落部位发生在粘结层与YSZ界面处。
实施例3：在高温合金基体上超音速火焰喷涂NiCoCrAlYTa粘结层+大气等离子喷涂界面成分呈连续变化的YSZ/LaMgAl11O9双陶瓷层
第一步准备高温合金基体，基体经过喷砂预处理；
第二步采用超音速火焰喷涂方法制备NiCoCrAlYTa粘结层。主要工艺参数为：煤油25L/h，氧气900L/min，燃烧室压力8.4bar，送粉率80g/min，喷涂距离350mm。将制备好的粘结层依次在200#、400#、600#、800#砂纸上打磨，备用。
第三步在所述的粘结层上采用大气等离子喷涂界面成分呈连续变化的YSZ/LaMgAl11O9双陶瓷层。具体制备步骤如下：
(1)准备喷涂粉末：YSZ粉末及LaMgAl11O97粉末，将两种粉末分别放置在送粉器A和送粉器B中。所述界面成分呈连续变化的双陶瓷层主要是通过调控两种粉末的送粉率来实现的；
(2)将带粘结层样品装入工装，设定喷涂参数：等离子气体流量Ar 38L/min/H213L/min，喷涂功率为40～50KW，送粉率2g/min，转速3.5r/min，喷涂距离～100mm。
(3)利用等离子射流对样品进行预加热，样品预热温度要求达到后，打开送粉器A(YSZ粉末)，开始喷涂YSZ陶瓷层。
(4)根据涂层厚度的要求，当YSZ陶瓷底层达到～80μm时，逐步减小送粉器A的送粉率，开始沉积双陶瓷层间的过渡层；同时打开送粉器B(LaMgAl11O97粉末)并逐步增加送粉器B的送粉率。在此过程中，两种粉末的送粉率之和保持不变。
(5)当过渡层厚度达到～60微米时，过渡层沉积完毕，关闭送粉器A，进行陶瓷顶层LaMgAl11O97的沉积。当陶瓷顶层沉积厚度达到～120μm时，制备结束。
制备得到准柱状结构YSZ/LaMgAl11O97梯度热障涂层。在1300℃，保温10min，冷却90s的燃气热冲击条件下，无成分梯度的YSZ/LaMgAl11O97热障涂层抗热冲击次数约为1300次，失效部位发生在YSZ/LaMgAl11O97界面处；而界面成分呈连续变化的YSZ/LaMgAl11O97梯度热障涂层抗热冲击寿命约为1600次，寿命提高了23％，涂层失效剥落部位发生在粘结层与YSZ界面处。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种双陶瓷层界面成分呈连续变化的梯度热障涂层，其特征在于，包括从下至上依次设置的基体、粘结层、陶瓷底层、过渡层和陶瓷顶层，所述陶瓷底层和陶瓷顶层之间的过渡层成分按以下方式呈连续变化：
陶瓷底层成分呈梯度下降，陶瓷顶层成分呈梯度上升。
2.根据权利要求1所述的双陶瓷层界面成分呈连续变化的梯度热障涂层，其特征在于，所述的陶瓷底层和陶瓷顶层的厚度比例为0.1～10，过渡层厚度是陶瓷层总厚度的1/10～1/3。
3.一种权利要求1或2所述的双陶瓷层界面成分呈连续变化的梯度热障涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步、准备高温合金基体，基体经过喷砂预处理；
第二步、在所述的基体上制备粘结层；
第三步、在所述的粘结层上沉积界面成分呈连续变化的双陶瓷层。
4.根据权利要求3所述的双陶瓷层界面成分呈连续变化的梯度热障涂层的制备方法，其特征在于，第三步中，所述的界面成分呈连续变化的双陶瓷层采用的制备方法为等离子喷涂技术，包括大气等离子喷涂、超低压等离子物理多相沉积。
5.根据权利要求3所述的双陶瓷层界面成分呈连续变化的梯度热障涂层的制备方法，其特征在于，第三步中，所述的界面成分呈连续变化的双陶瓷层通过调控两种粉末的送粉率来实现。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109554657A (zh) * 2018-11-30 2019-04-02 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 一种组织渐变防钛火可磨耗封严涂层及其制备方法
CN110055486A (zh) * 2019-05-14 2019-07-26 中国人民解放军国防科技大学 双层热障/高温低红外发射率一体化涂层、带涂层的金属复合材料及其制备方法
CN110117764A (zh) * 2019-05-14 2019-08-13 中国人民解放军国防科技大学 一种热障/高温低红外发射率一体化涂层、带涂层的金属复合材料及其制备方法
CN111041401A (zh) * 2019-12-02 2020-04-21 北京工业大学 一种铁基非晶-陶瓷叠层隔热涂层及其制备方法和应用
CN111286692A (zh) * 2020-02-21 2020-06-16 兰州理工大学 一种粗化高结合异质陶瓷界面的多陶瓷热障涂层及其制备方法
CN111471998A (zh) * 2020-05-06 2020-07-31 北京航空航天大学 一种Yb改性防CMAS复合结构热障涂层及其制备方法
CN111500967A (zh) * 2020-05-15 2020-08-07 中国人民解放军国防科技大学 一种钨铜合金表面隔热/抗烧蚀一体化复合涂层及其制备方法
CN113186484A (zh) * 2021-04-20 2021-07-30 西安交通大学 一种高结合的同/异质多界面毫米级厚质热障涂层及制备方法
CN114107873A (zh) * 2021-12-07 2022-03-01 上海工程技术大学 一种梯度金属陶瓷复合涂层及其制备方法
CN114774830A (zh) * 2022-06-20 2022-07-22 矿冶科技集团有限公司 多功能涂层及其制备方法和动力设备
CN114990483A (zh) * 2022-06-21 2022-09-02 北京金轮坤天特种机械有限公司 柱状结构涂层制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1563213A (zh) * 2004-03-24 2005-01-12 北京航空航天大学 电子束物理气相沉积粘结层成分连续变化的梯度热障涂层
CN101768380A (zh) * 2009-12-30 2010-07-07 中国科学院上海硅酸盐研究所 成分梯度变化的热防护涂层及制备方法
CN104451519A (zh) * 2014-11-26 2015-03-25 华东理工大学 一种多层热障涂层及其形成方法
CN104674217A (zh) * 2015-03-09 2015-06-03 河南普莱姆涂层科技有限公司 一种含双层结构粘结层的热障涂层的制备方法
CN105039892A (zh) * 2015-07-10 2015-11-11 郑华龙 热障涂层及其制备方法
CN105951028A (zh) * 2016-05-09 2016-09-21 西安交通大学 一种同步送粉制备连续渐变结构陶瓷基热障涂层的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1563213A (zh) * 2004-03-24 2005-01-12 北京航空航天大学 电子束物理气相沉积粘结层成分连续变化的梯度热障涂层
CN101768380A (zh) * 2009-12-30 2010-07-07 中国科学院上海硅酸盐研究所 成分梯度变化的热防护涂层及制备方法
CN104451519A (zh) * 2014-11-26 2015-03-25 华东理工大学 一种多层热障涂层及其形成方法
CN104674217A (zh) * 2015-03-09 2015-06-03 河南普莱姆涂层科技有限公司 一种含双层结构粘结层的热障涂层的制备方法
CN105039892A (zh) * 2015-07-10 2015-11-11 郑华龙 热障涂层及其制备方法
CN105951028A (zh) * 2016-05-09 2016-09-21 西安交通大学 一种同步送粉制备连续渐变结构陶瓷基热障涂层的方法

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109554657B (zh) * 2018-11-30 2020-10-27 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 一种组织渐变防钛火可磨耗封严涂层及其制备方法
CN109554657A (zh) * 2018-11-30 2019-04-02 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 一种组织渐变防钛火可磨耗封严涂层及其制备方法
CN110055486A (zh) * 2019-05-14 2019-07-26 中国人民解放军国防科技大学 双层热障/高温低红外发射率一体化涂层、带涂层的金属复合材料及其制备方法
CN110117764A (zh) * 2019-05-14 2019-08-13 中国人民解放军国防科技大学 一种热障/高温低红外发射率一体化涂层、带涂层的金属复合材料及其制备方法
CN110055486B (zh) * 2019-05-14 2021-04-06 中国人民解放军国防科技大学 双层热障/高温低红外发射率一体化涂层、带涂层的金属复合材料及其制备方法
CN111041401A (zh) * 2019-12-02 2020-04-21 北京工业大学 一种铁基非晶-陶瓷叠层隔热涂层及其制备方法和应用
CN111286692A (zh) * 2020-02-21 2020-06-16 兰州理工大学 一种粗化高结合异质陶瓷界面的多陶瓷热障涂层及其制备方法
CN111286692B (zh) * 2020-02-21 2021-04-23 兰州理工大学 一种粗化高结合异质陶瓷界面的多陶瓷热障涂层及其制备方法
CN111471998A (zh) * 2020-05-06 2020-07-31 北京航空航天大学 一种Yb改性防CMAS复合结构热障涂层及其制备方法
CN111471998B (zh) * 2020-05-06 2021-09-17 北京航空航天大学 一种Yb改性防CMAS复合结构热障涂层及其制备方法
CN111500967A (zh) * 2020-05-15 2020-08-07 中国人民解放军国防科技大学 一种钨铜合金表面隔热/抗烧蚀一体化复合涂层及其制备方法
CN113186484A (zh) * 2021-04-20 2021-07-30 西安交通大学 一种高结合的同/异质多界面毫米级厚质热障涂层及制备方法
CN113186484B (zh) * 2021-04-20 2023-09-12 西安交通大学 一种高结合的同/异质多界面毫米级厚质热障涂层及制备方法
CN114107873A (zh) * 2021-12-07 2022-03-01 上海工程技术大学 一种梯度金属陶瓷复合涂层及其制备方法
CN114774830A (zh) * 2022-06-20 2022-07-22 矿冶科技集团有限公司 多功能涂层及其制备方法和动力设备
CN114990483A (zh) * 2022-06-21 2022-09-02 北京金轮坤天特种机械有限公司 柱状结构涂层制备方法

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