CN108546907B - 一种等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末及其制备方法和应用 - Google Patents

一种等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末及其制备方法和应用，涉及热障涂层技术领域。将氧化镧、氧化铈、氧化钇和氧化锆按照(0.8～1.3)∶1∶0.08∶1的摩尔比例混合进行球磨处理，得到球磨产物，对产物进行过滤并烘干，烘干后与去离子水、粘结剂以及分散剂进行球磨混合均匀，得到浆料，对浆料进行喷雾干燥处理得到粒料；将粒料烧结后进行筛分处理，得到等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末。涂层制备时，在送粉器中将粉末加热，启动等离子物理气相沉积设备，抽真空到压力低于0.08mbar，向真空室中充入氩气到130mbar；然后进行喷涂，制得涂层。本发明步骤简单且节约成本，改善材料性能，可用于大量工业生产。

Description

一种等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材 料粉末及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及热障涂层技术领域，具体涉及一种等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料及其涂层制备方法。
背景技术
热障涂层(Thermal Barrier Coatings，简称TBCs)是利用陶瓷材料优越的耐高温、抗腐蚀和高隔热性能，以涂层形式将陶瓷与金属基体相复合，提高金属热端部件的工作温度，增强热端部件的抗高温氧化能力，延长热端部件的使用寿命，提高发动机效率的一种表面防护技术。
铈酸镧(La2Ce2O7,简称LC)材料具有良好的高温相稳定性(至1400℃无相变)、非常低的热导率(约0.6W/m·K,1000℃)、低比热(0.43J/g·K)和高热膨胀系数(12.6×10-6/K,300～1200℃)，被学者们视为用于超高温热障涂层陶瓷层的一种很有前景的备选材料。然而，铈酸镧材料本身韧性低的特点制约了其作为超高温热障涂层陶瓷层的使用。
氧化钇稳定氧化锆材料在高温下具有良好的断裂韧性，但该材料热导率较高，在超高温条件下会严重烧结而失效，同样无法作为超高温热障涂层陶瓷层的备选材料。此外，CeO2和La2O3的饱和蒸气压分别为2×10-2atm和8×10-5atm(2500℃)，巨大的饱和蒸汽压差异造成喷涂过程中的成分偏离，而偏离化学计量比的涂层在高温条件下热循环性能大幅降低。
目前，制备热障涂层陶瓷层的方法主要有等离子喷涂(Plasma Spray,PS)和电子束物理气相沉积技术(Electron Beam Physical Vapor Deposition,EB-PVD)。等离子喷涂技术的优势在于喷涂效率高，隔热效果好。然而，由于涂层一般为片层状结构，且与基体间的结合方式为机械结合，因而涂层的应变容限较低，抗热循环能力较差，使用寿命较低。而电子束物理气相沉积技术制备的涂层结构为纯气相原子沉积后形成的柱状晶结构，柱与柱之间存在的间隙可以释放热应力，有效地解决了等离子喷涂涂层应变容限低的问题，与PS涂层相比将热循环寿命提高了近8倍，但是电子束物理气相沉积技术的生产成本高，且沉积效率很低。
等离子物理气相沉积技术(Plasma Spray Physical Vapor Depostion,PS-PVD)是在上述两种涂层制备技术上发展起来的一种新型的热喷涂制备技术，兼具PS和EB-PVD技术的优点。等离子物理气相沉积系统的输出功率可达180kW，工作气压能降到1mbar，而且等离子射流能拉长到2m，射流直径可以增加至200～400mm。喷涂粉末被送入焰流中后部分熔化和气化，可以制备固相、液相、气相共同沉积的多晶准柱状结构涂层。研究发现，等离子物理气相沉积技术制备准柱状结构涂层的沉积效率很高、成本较低，具有很好的隔热和抗热震性能。
传统等离子喷涂用粉末的制备方法，多采用固相烧结法或者化学共沉淀法制备微米或亚微米原粉，再通过喷雾造粒将原粉团聚成具有一定粒径、适合等离子喷涂的造粒粉。固相烧结法通常是先将最终合成所需组成的原料机械混合，再用高温使其反应，反应由颗粒间的接触部分通过离子扩散来进行。由于接触状态显著地受颗粒的性质(粒径、颗粒形状和表面状态等)和粉体处理方法(团聚状态和填充状态等)的影响，为保证原粉无杂相，需高温充分加热，原粉粒径通常较大。而化学共沉淀法因无需高温长时加热反应成相，更容易控制原粉粒径。参考文件1(EP67327，1982-2-22；C104687，1979-1-14)中氧化锆系列粉末共沉/烧结制备方法简介如下：稳定剂离子与锆盐离子在碱溶液中共沉淀，再经细磨、洗滤、干燥、二次细磨、烧成和筛选后制得所需粉末。但是，化学共沉淀法过程繁琐，成本较高，很难用于大量工业生产。
等离子物理气相沉积技术对粉末的基本要求是：流动性好、颗粒粒度小、振实密度大。上述传统等离子喷涂制粉工艺都无法适用，尤其是无法解决粉末粒径小和振实密度大之间的矛盾，造成粉末因粒径不够小难以充分气化或因振实密度不足无法送入射流中心充分加热，无法成功制备准柱状晶结构热障涂层。因此亟需利用等离子物理气相沉积技术能够实现低气压下气相充分接触和快速反应的特点，协同粉末和涂层的制备过程，研发一种等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料及其涂层制备方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末及其制备方法和应用，该方法用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料以弥补这两种材料自身的不足，形成一种理想的超高温热障涂层陶瓷层备选材料。
本发明首先提供一种等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将氧化镧、氧化铈、氧化钇和氧化锆四种原料粉末按照La∶Ce∶Y∶Zr＝(0.8～1.3)∶1∶0.08∶1的摩尔比例混合进行球磨处理，得到球磨产物。
所述的球磨是指先后进行湿法球磨和干法球磨；
首先进行湿法球磨，溶液介质为酒精，磨球的材料为氧化锆，其中酒精、氧化锆磨球和原料粉末按质量比1:1:1混合，氧化锆磨球粒径3μm，球磨机转速500r/min，湿法球磨时间为20～40h，晾干后得到固体产物；
然后进行干法球磨，固体产物与氧化锆磨球按质量比2:1混合，氧化锆磨球粒径3μm，球磨机转速500r/min，干法球磨时间为10～20h；
干法球磨后，得到的球磨产物粒径为1～45μm。
步骤二、对步骤一中所述的球磨产物进行过滤取截留物，用酒精将截留物洗涤至中性并烘干，烘干后的截留物与去离子水、粘结剂以及分散剂进行球磨混合均匀，得到浆料；
所述烘干时，烘干温度为80～120℃，烘干时间为12～20h。
所述浆料中粘结剂的质量百分含量为2％～3％，烘干后的截留物的质量百分含量为20％～30％，分散剂的质量百分含量为2％～3％，余量为去离子水；所述分散剂为聚丙烯酸铵。
步骤三、采用氨水将步骤二所述浆料的pH值调节为10～12，然后对调节pH值后的浆料进行喷雾干燥处理，得到粒料；
所述喷雾干燥处理的过程为：采用高速离心喷雾干燥雾化器，在干燥塔中进行造粒处理，进口温度不低于400℃,雾化器转速不低于16000rpm。
步骤四、将步骤三中得到的粒料置于烧结炉中，在温度为600℃～1000℃的条件下保温1h～2h进行烧结处理，自然冷却后进行筛分处理，得到等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末。
所述等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末的粒径为1～30μm，振实密度为1.5～2.0g/cm3，流动性为60～80s/50g。
所述粘结剂为阿拉伯树胶。
所述氨水的质量百分比浓度均为20％～25％。
将上述得到的等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末进行涂层制备，具体方法步骤如下：
步骤(1)、将氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末送入送粉器中，将粉末加热到60℃；启动等离子物理气相沉积设备，将带有粘结层的合金基体装入夹具中，固定到真空室内的自动工件转动台上，检查各装置，确保工作气体气路、冷却循环水、送粉器运转正常；
步骤(2)、关闭真空室，抽真空，直到真空室内的压力低于0.08mbar，打开工作气体阀门，向真空室中充入保护性气体氩气(Ar)到130mbar；
步骤(3)、设定喷涂功率60～70kW，电流1800～2200A，引弧，待等离子电弧稳定后，抽真空至1mbar，逐步调整气体流量到指定气体流量，Ar 35slpm，He 60slpm；调整喷枪与基体间的距离为1000～1400mm，利用等离子射流加热基体到900～1100℃，并用红外探头对基体温度进行监测；
步骤(4)、打开送粉器，调整送粉速率为10～15g/min，沉积时间为15min，制得氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧涂层。
本发明的优点在于：
1.本发明利用氧化钇稳定氧化锆在高温下力学性能优异的特点，用其掺杂铈酸镧材料以改善断裂韧性，提供了一种超高温热障涂层陶瓷层的备选材料。
2.本发明提供的等离子物理气相沉积用粉末制备方法直接将原料氧化物粉末机械混合，省略了原料氧化物之间相互反应成相的过程，步骤简单且节约成本，可用于大量工业生产。
3.本发明提供的等离子物理气相沉积用粉末制备和烧结工艺，可以解决粉末充分气化和进入射流中心之间的矛盾需求，得到一种完全满足等离子物理气相沉积技术制备要求的粉末。
4.本发明通过调节粉末中La和Ce的比例，制备了近似符合化学计量比的涂层，避免涂层因偏离化学计量比而热循环性能大幅降低。
5.本发明利用等离子物理气相沉积过程中气相充分接触和快速反应的特点，协同粉末制备和涂层喷涂过程，省略了粉末制备环节原料氧化物之间相互反应成相的过程，使原料氧化物在涂层制备过程中成相，避免粉末因成相过程造成的粒径增大而气化能力降低，拓宽了粉末制备的工艺窗口，同时通过调整喷涂工艺参数，制备了具有准柱状晶结构的氧化钇稳定氧化锆充分掺杂的铈酸镧涂层。
附图说明
图1为本发明制备的等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末的SEM图；
图2为本发明制备的等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧涂层的SEM断面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
本发明针对现有技术的不足，提供一种等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末及其制备方法和应用，该方法用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料以弥补氧化钇稳定氧化锆和铈酸镧这两种材料自身的不足，形成一种理想的超高温热障涂层陶瓷层备选材料。
将原料粉末球磨后直接喷雾干燥造粒，防止粉末因高温烧结成相过程粒径增大气化能力降低。对粒料进行低温短时烧结，通过综合控制喷雾干燥和烧结过程，调整粉末参数，解决粉末气化能力和进入射流中心之间的矛盾，符合等离子物理气相沉积的要求。根据粉末的气化能力，调节粉末中La和Ce的比例，得到近似符合化学计量比的涂层。最后利用等离子物理气相沉积技术能够实现低气压下气相充分接触和快速反应的特点，协同粉末和涂层的制备过程，制备出具有准柱状晶结构的氧化钇稳定氧化锆充分掺杂的铈酸镧涂层。
实施例1
本实施例提供一种等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将氧化镧、氧化铈、氧化钇和氧化锆四种原料粉末按照La∶Ce∶Y∶Zr＝0.8∶1∶0.08∶1的摩尔比例混合进行球磨处理，得到球磨产物。
所述球磨处理具体为：先将酒精、氧化锆磨球和原料粉末按质量比1:1:1混合，磨球粒径3μm，球磨机转速500r/min，湿法球磨20h后晾干得到固体产物；再将晾干后的固体产物与氧化锆磨球按质量比2:1混合，氧化锆磨球粒径3μm，球磨机转速500r/min，进行干法球磨10h；球磨完毕后球磨产物粒径分布为1～45μm；
步骤二、对步骤一中所述的球磨产物进行过滤取截留物，用酒精将截留物洗涤至中性并烘干，烘干温度80℃，烘干时间12h，烘干后的截留物与去离子水、粘结剂以及分散剂进行球磨混合均匀，得到浆料；
所述浆料中粘结剂的质量百分含量为2％，烘干后的截留物的质量百分含量为20％，分散剂的质量百分含量为2％，余量为去离子水；所述分散剂为聚丙烯酸铵；所述粘结剂为阿拉伯树胶；
步骤三、采用质量百分比浓度为20％的氨水将步骤四所述浆料的pH值调节为10，然后对调节pH值后的浆料进行喷雾干燥处理，采用高速离心喷雾干燥雾化器，在干燥塔中进行造粒处理，进口温度不低于400℃,雾化器转速不低于16000rpm，得到粒料；
步骤四、将步骤三中所述粒料置于烧结炉中，在温度为600℃的条件下保温1h进行烧结处理，自然冷却后进行筛分处理，得到等离子物理气相沉积用粉末，即氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧粉末；
所述粉末的粒径为1～30μm，振实密度为1.5g/cm3，流动性为60s/50g。
将上述得到的等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末用于涂层制备的方法具体如下：
步骤(1)、将步骤四中制备的粉末送入送粉器中，将粉末加热到60℃；启动等离子物理气相沉积设备，将带有粘结层的合金基体装入夹具中，固定到真空室内的自动工件转动台上，检查各装置，确保工作气体气路、冷却循环水、送粉器运转正常；
步骤(2)、关闭真空室，抽真空，直到真空室内的压力低于0.08mbar，打开工作气体阀门，向真空室中充入保护性气体氩气(Ar)到130mbar；
步骤(3)、设定喷涂功率60kW，电流1800A，引弧，待等离子电弧稳定后，抽真空至1mbar，逐步调整气体流量到指定气体流量，Ar 35slpm，He 60slpm；调整喷枪与基体间的距离为1000mm，利用等离子射流加热基体到900℃，并用红外探头对基体温度进行监测；
步骤(4)、打开送粉器，调整送粉速率为10g/min，沉积时间为15min，制得厚度约150μm的氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧涂层。
图1为本实施例制备的等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧粉末SEM图，由图1可看出，本实施例所制粉末粒径在1～30μm之间，混合均匀。图2为本实施例制备的等离子物理气相沉积氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧涂层的SEM断面图，可以看出涂层为准柱状晶结构。
本实施例1所得氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧涂层的成分如表1所示，其中La/Ce接近1:1，Y和Zr所占原子百分比符合化学计量比，说明通过粉末与涂层制备工艺的配合得到符合化学计量比的涂层，实现充分掺杂。
表1实施例1所得氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧涂层成分
Figure BDA0001675223350000061
实施例2
本实施例等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将氧化镧、氧化铈、氧化钇和氧化锆粉末按照La∶Ce∶Y∶Zr＝1.3∶1∶0.08∶1的摩尔比例混合进行球磨处理：先将酒精、氧化锆磨球和原料按质量比1:1:1混合，磨球粒径3μm，球磨机转速500r/min，湿法球磨40h晾干后，再将产物与氧化锆磨球按质量比2:1，磨球粒径3μm，球磨机转速500r/min，进行干法球磨20h；球磨完毕后粒径分布为1～35μm；
步骤二、对步骤一中所述的球磨产物进行过滤取截留物，用酒精将截留物洗涤至中性并烘干，烘干温度120℃，烘干时间20h，烘干后与去离子水、粘结剂以及分散剂球磨混合均匀，得到浆料；
所述浆料中粘结剂的质量百分含量为3％，烘干后的截留物的质量百分含量为30％，分散剂的质量百分含量为3％，余量为去离子水；所述分散剂为聚丙烯酸铵；所述粘结剂为阿拉伯树胶；
步骤三、采用质量百分比浓度为25％的氨水将步骤四所述浆料的pH值调节为12，然后对调节pH值后的浆料进行喷雾干燥处理，采用高速离心喷雾干燥雾化器，在干燥塔中进行造粒处理，进口温度不低于400℃,雾化器转速不低于16000rpm，得到粒料；
步骤四、将步骤三中所述粒料置于烧结炉中，在温度为1000℃的条件下保温2h进行烧结处理，自然冷却后进行筛分处理，得到等离子物理气相沉积用粉末；
所得粉末的粒径为1～30μm，振实密度为2.0g/cm3，流动性为80s/50g。
将上述得到的等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料用于涂层制备的方法具体如下：
步骤(1)、将步骤四中制备的粉末送入送粉器中，将粉末加热到60℃；启动等离子物理气相沉积设备，将带有粘结层的合金基体装入夹具中，固定到真空室内的自动工件转动台上，检查各装置，确保工作气体气路、冷却循环水、送粉器运转正常；
步骤(2)、关闭真空室，抽真空，直到真空室内的压力低于0.08mbar，打开工作气体阀门，向真空室中充入保护性气体氩气(Ar)到130mbar；
步骤(3)、设定喷涂功率70kW，电流2200A，引弧，待等离子电弧稳定后，抽真空至1mbar，逐步调整气体流量到指定气体流量，Ar 35slpm，He 60slpm；调整喷枪与基体间的距离为1400mm，利用等离子射流加热基体到1100℃，并用红外探头对基体温度进行监测；
步骤(4)、打开送粉器，调整送粉速率为15g/min，沉积时间为15min，制得厚度约150μm的氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧涂层。
由本实施例2制备的等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧粉末SEM图可以看出，本实施例所制粉末粒径在1～30μm之间，混合均匀。由本实施例2制备的等离子物理气相沉积氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧涂层的SEM断面图，可以看出涂层为准柱状晶结构。
本实施例2所得氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧涂层的成分如表2所示，其中La/Ce接近1:1，Y和Zr所占原子百分比符合化学计量比，说明通过粉末与涂层制备工艺的配合得到符合化学计量比的涂层，实现充分掺杂。
表2实施例2所得氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧涂层成分
Figure BDA0001675223350000071
实施例3
本实施例等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料及其涂层制备方法包括以下步骤：
步骤一、将氧化镧、氧化铈、氧化钇和氧化锆粉末按照La∶Ce∶Y∶Zr＝1.1∶1∶0.08∶1的摩尔比例混合进行球磨处理，先将酒精、氧化锆磨球和原料按质量比1:1:1混合，磨球粒径3μm，球磨机转速500r/min，湿法球磨30h晾干后，再将产物与氧化锆磨球按质量比2:1，磨球粒径3μm，球磨机转速500r/min，进行干法球磨15h；球磨完毕后粒径分布为1～40μm；
步骤二、对步骤一中所述的球磨产物进行过滤取截留物，用酒精将截留物洗涤至中性并烘干，烘干温度100℃，烘干时间16h，烘干后与去离子水、粘结剂以及分散剂球磨混合均匀，得到浆料；
所述浆料中粘结剂的质量百分含量为3％，烘干后的截留物的质量百分含量为30％，分散剂的质量百分含量为3％，余量为去离子水；所述分散剂为聚丙烯酸铵；所述粘结剂为阿拉伯树胶；
步骤三、采用质量百分比浓度为25％的氨水将步骤四所述浆料的pH值调节为12，然后对调节pH值后的浆料进行喷雾干燥处理，采用高速离心喷雾干燥雾化器，在干燥塔中进行造粒处理，进口温度不低于400℃,雾化器转速不低于16000rpm，得到粒料；
步骤四、将步骤三中所述粒料置于烧结炉中，在温度为800℃的条件下保温2h进行烧结处理，自然冷却后进行筛分处理，得到等离子物理气相沉积用粉末；
将上述得到的等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料进行涂层制备的方法具体如下：
步骤(1)、将步骤四中制备的粉末送入送粉器中，将粉末加热到60℃；启动等离子物理气相沉积设备，将带有粘结层的合金基体装入夹具中，固定到真空室内的自动工件转动台上，检查各装置，确保工作气体气路、冷却循环水、送粉器运转正常；
步骤(2)、关闭真空室，抽真空，直到真空室内的压力低于0.08mbar，打开工作气体阀门，向真空室中充入保护性气体氩气(Ar)到130mbar；
步骤(3)、设定喷涂功率65kW，电流2000A，引弧，待等离子电弧稳定后，抽真空至1mbar，逐步调整气体流量到指定气体流量，Ar 35slpm，He 60slpm；调整喷枪与基体间的距离为1000mm，利用等离子射流加热基体到1000℃，并用红外探头对基体温度进行监测；
步骤(4)、打开送粉器，调整送粉速率为12g/min，沉积时间为15min，制得厚度约150μm的氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧涂层。
由本实施例制备的等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧粉末SEM图可以看出，本实施例所制粉末粒径在1～30μm之间。由本实施例制备的等离子物理气相沉积氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧涂层的SEM断面图，可以看出涂层为准柱状晶结构。
本实施例所得氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧涂层的成分如表3所示，其中La/Ce接近1:1，Y和Zr所占原子百分比符合化学计量比，说明通过粉末与涂层制备工艺的配合得到符合化学计量比的涂层，实现充分掺杂。
表3实施例3所得氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧涂层成分
Figure BDA0001675223350000081
Figure BDA0001675223350000091
实施例4
本实施例等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料及其涂层制备方法包括以下步骤：
步骤一、将氧化镧、氧化铈、氧化钇和氧化锆粉末按照La∶Ce∶Y∶Zr＝1∶1∶0.08∶1的摩尔比例混合进行球磨处理，先将酒精、氧化锆磨球和原料按质量比1:1:1混合，磨球粒径3μm，球磨机转速500r/min，湿法球磨40h晾干后，再将产物与氧化锆磨球按质量比2:1，磨球粒径3μm，球磨机转速500r/min，进行干法球磨20h；球磨完毕后粒径分布为1～42μm；
步骤二、对步骤一中所述的球磨产物进行过滤取截留物，用酒精将截留物洗涤至中性并烘干，烘干温度120℃，烘干时间20h，烘干后与去离子水、粘结剂以及分散剂球磨混合均匀，得到浆料；所述浆料中粘结剂的质量百分含量为3％，烘干后的截留物的质量百分含量为30％，分散剂的质量百分含量为3％，余量为去离子水；所述分散剂为聚丙烯酸铵；所述粘结剂为阿拉伯树胶；
步骤三、采用质量百分比浓度为25％的氨水将步骤四所述浆料的pH值调节为12，然后对调节pH值后的浆料进行喷雾干燥处理，采用高速离心喷雾干燥雾化器，在干燥塔中进行造粒处理，进口温度不低于400℃,雾化器转速不低于16000rpm，得到粒料；
步骤四、将步骤三中所述粒料置于烧结炉中，在温度为1000℃的条件下保温2h进行烧结处理，自然冷却后进行筛分处理，得到等离子物理气相沉积用粉末；
将上述得到的等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料进行涂层制备的方法具体如下：
步骤(1)、将步骤四中制备的粉末送入送粉器中，将粉末加热到60℃；启动等离子物理气相沉积设备，将带有粘结层的合金基体装入夹具中，固定到真空室内的自动工件转动台上，检查各装置，确保工作气体气路、冷却循环水、送粉器运转正常；
步骤(2)、关闭真空室，抽真空，直到真空室内的压力低于0.08mbar，打开工作气体阀门，向真空室中充入保护性气体氩气(Ar)到130mbar；
步骤(3)、设定喷涂功率70kW，电流2200A，引弧，待等离子电弧稳定后，抽真空至1mbar，逐步调整气体流量到指定气体流量，Ar 35slpm，He 60slpm；调整喷枪与基体间的距离为1400mm，利用等离子射流加热基体到1100℃，并用红外探头对基体温度进行监测；
步骤(4)、打开送粉器，调整送粉速率为15g/min，沉积时间为15min，制得厚度约150μm的氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧涂层。
由本实施例制备的等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧粉末SEM图可以看出，本实施例所制粉末粒径在1～30μm之间。由本实施例制备的等离子物理气相沉积氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧涂层的SEM断面图，可以看出涂层为准柱状晶结构。
本实施例所得氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧涂层的成分如表4所示，其中La/Ce接近1:1，Y和Zr所占原子百分比符合化学计量比，说明通过粉末与涂层制备工艺的配合得到符合化学计量比的涂层，实现充分掺杂。
表4实施例4所得氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧涂层成分
Figure BDA0001675223350000101
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将氧化镧、氧化铈、氧化钇和氧化锆四种原料粉末按照La∶Ce∶Y∶Zr＝(0.8～1.3)∶1∶0.08∶1的摩尔比例混合进行球磨处理，得到球磨产物；
步骤二、对步骤一中所述的球磨产物进行过滤，取截留物，用酒精将截留物洗涤至中性并烘干，烘干后的截留物与去离子水、粘结剂以及分散剂进行球磨混合均匀，得到浆料；
所述浆料中粘结剂的质量百分含量为2％～3％，烘干后的截留物的质量百分含量为20％～30％，分散剂的质量百分含量为2％～3％，余量为去离子水；
步骤三、采用氨水将步骤二所述浆料的pH值调节为10～12，然后对调节pH值后的浆料进行喷雾干燥处理，得到粒料；
步骤四、将步骤三中得到的粒料置于烧结炉中，在温度为600℃～1000℃的条件下保温1h～2h进行烧结处理，自然冷却后进行筛分处理，得到等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末。
2.根据权利要求1所述的一种等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末的制备方法，其特征在于，步骤一所述的球磨是指先后进行湿法球磨和干法球磨；
首先进行湿法球磨，溶液介质为酒精，磨球的材料为氧化锆，其中酒精、氧化锆磨球和原料粉末按质量比1:1:1混合，氧化锆磨球粒径3μm，球磨机转速500r/min，湿法球磨时间为20～40h，晾干后得到固体产物；
然后进行干法球磨，固体产物与氧化锆磨球按质量比2:1混合，氧化锆磨球粒径3μm，球磨机转速500r/min，干法球磨时间为10～20h；
干法球磨后，得到的球磨产物粒径为1～45μm。
3.根据权利要求1所述的一种等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末的制备方法，其特征在于，步骤二所述的烘干，具体参数为：烘干温度为80～120℃，烘干时间为12～20h。
4.根据权利要求1所述的一种等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末的制备方法，其特征在于，步骤二所述分散剂为聚丙烯酸铵，所述粘结剂为阿拉伯树胶。
5.根据权利要求1所述的一种等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末的制备方法，其特征在于，步骤三所述的喷雾干燥处理的过程为：采用高速离心喷雾干燥雾化器，在干燥塔中进行造粒处理，进口温度不低于400℃,雾化器转速不低于16000rpm。
6.根据权利要求1所述的一种等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末的制备方法，其特征在于，步骤四所得等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末的粒径为1～30μm，振实密度为1.5～2.0g/cm3，流动性为60～80s/50g。
7.根据权利要求1所述的一种等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末的制备方法，其特征在于，所述的氨水的质量百分比浓度均为20％～25％。
8.根据权利要求1-7任一项所述方法制备的等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末，其特征在于：所述粉末的粒径为1～30μm，振实密度为1.5～2.0g/cm3，流动性为60～80s/50g。
9.一种氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧涂层的制备方法，其特征在于，应用权利要求8所述的等离子物理气相沉积用氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末进行涂层制备，具体步骤如下：
步骤(1)、将氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧材料粉末送入送粉器中，将粉末加热到60℃；启动等离子物理气相沉积设备，将带有粘结层的合金基体装入夹具中，固定到真空室内的自动工件转动台上，检查各装置，确保工作气体气路、冷却循环水、送粉器运转正常；
步骤(2)、关闭真空室，抽真空，直到真空室内的压力低于0.08mbar，打开工作气体阀门，向真空室中充入保护性气体氩气到130mbar；
步骤(3)、设定喷涂功率60～70kW，电流1800～2200A，引弧，待等离子电弧稳定后，抽真空至1mbar，逐步调整气体流量到指定气体流量，Ar35slpm，He60slpm；调整喷枪与基体间的距离为1000～1400mm，利用等离子射流加热基体到900～1100℃，并用红外探头对基体温度进行监测；
步骤(4)、打开送粉器，调整送粉速率为10～15g/min，沉积时间为15min，制得氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧涂层。
10.根据权利要求9所述方法制备的氧化钇稳定氧化锆掺杂铈酸镧涂层，其特征在于：所述涂层中La/Ce原子比为1:1，Y和Zr所占原子百分比符合化学计量比。
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