CN108715987B - 一种提高热障涂层结合强度的方法 - Google Patents

一种提高热障涂层结合强度的方法 Download PDF

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Abstract

一种提高热障涂层结合强度的方法，它涉及一种提高热障涂层结合强度的方法。本发明的目的是要解决现有热障涂层在有氧环境中受热时容易发生氧化，使涂层结合强度降低的问题。方法：一、采用超声气体雾化制粉设备将含纳米CeO2的NiCrAlY合金制成n‑CeO2/NiCrAlY可喷涂喂料；二、先在金属基体表面喷涂n‑CeO2/NiCrAlY可喷涂喂料形成粘结层，然后喷涂陶瓷层，最后进行热处理，即在金属基体表面得到热障涂层。优点：纳米CeO2改性及热处理共同作用，使热障涂层的结合强度有了显著提高。拉伸结合强度最高达到48.9MPa。本发明主要用于金属基底与陶瓷层之间的打底粘结层。

Description

一种提高热障涂层结合强度的方法
技术领域
本发明涉及一种提高热障涂层结合强度的方法.
背景技术
MCrAlY(M＝Ni/Co/Ni+Co)涂层具有抗高温氧化及热腐蚀性能好、塑性较好、成分可调等优点，广泛用于发动机、涡轮机叶片等热端部件的高温防护。MCrAlY涂层既可作为单一防护涂层，又广泛用于热障涂层的打底粘结层，具有十分重要的实际应用价值。由于热障涂层的失效与热障涂层的结合强度紧密相关，热障涂层在服役期间，涂层内存在着温度与应力的耦合场，如果涂层的结合强度不够，则热障涂层很容易失效，所以如何提高涂层的结合强度一直以来是大家的研究热点之一。
热障涂层的制备技术主要有等离子喷涂(APS)、超音速火焰喷涂(HVOF)与物理气相沉积(PVD)等，其中大气等离子喷涂工艺沉积效率高、制备的涂层隔热性能优异，成为了制备热障涂层最重要的一种方法，不过这种方法制备热障涂层的拉伸结合强度一般较低(通常小于25.7MPa)。在企业实际应用中，为提高热障涂层的结合强度，有时也采用超音速火焰喷涂制备打底结合层，再采用等离子喷涂制备热障涂层陶瓷面层。金属粘结层在有氧的环境中受热时容易发生氧化，氧化产物可能有尖晶石类氧化物和氧化铝(Al2O3)，Al2O3的形成对热障涂层的结合强度影响也很大，其中层状致密的Al2O3可以起到保护膜的作用，有利于减缓涂层的进一步氧化，同时能一定程度缓解涂层中应力，可能有利于提高涂层结合强度，延长涂层服役寿命。而尖晶石类氧化物没有这种作用，并且还会破坏界面的完整性，增大局部应力，使涂层结合强度降低。
发明内容
本发明的目的是要解决现有热障涂层在有氧环境中受热时容易发生氧化，使涂层结合强度降低的问题，而提供一种提高热障涂层结合强度的方法。
一种提高热障涂层结合强度的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、纳米CeO2改性NiCrAlY：先真空熔炼制备含纳米CeO2的NiCrAlY合金，所述NiCrAlY合金中Cr的质量分数为25～26％，Al的质量分数为10～11％，Y的质量分数为1～1.5％，纳米CeO2的质量分数为0.1～1.2％，余量为Ni；采用超声气体雾化制粉设备将含纳米CeO2的NiCrAlY合金制成可喷涂喂料，得到n-CeO2/NiCrAlY可喷涂喂料；
二、喷涂及热处理：采用等离子喷涂或超音速火焰喷涂先在金属基体表面喷涂n-CeO2/NiCrAlY可喷涂喂料，在金属基体表面得到n-CeO2/NiCrAlY粘接层，然后采用等离子喷涂在n-CeO2/NiCrAlY粘接层表面喷涂陶瓷层，最后进行热处理，即在金属基体表面得到热障涂层。
本发明优点：本发明通过纳米CeO2改性NiCrAlY制备可喷涂喂料(n-CeO2/NiCrAlY可喷涂喂料)，采用等离子喷涂或超音速火焰喷涂工艺制备n-CeO2/NiCrAlY粘结层，然后采用等离子喷涂在粘结层表面上制备陶瓷层(纳米8YSZ陶瓷层)，在大气中对整个热障涂层进行扩散热处理。热障涂层的结合强度有了显著提高。当陶瓷层为纳米8YSZ陶瓷层，在温度为800℃下扩散热处理6h时，在拉伸结合强度为48.9MPa时发生了胶断，在温度为900℃下扩散热处理2h时，在拉伸结合强度为45.2MPa时发生了胶断。
附图说明
图1是实施例4步骤二中热处理前热障涂层的截面SEM图；
图2是实施例4步骤二中热处理后热障涂层的截面SEM图；
图3是对比实施例3步骤二中热处理前热障涂层的截面SEM图；
图4是对比实施例3步骤二中热处理后热障涂层的截面SEM图；
图5是对比实施例2步骤一得到的NiCrAlY可喷涂喂料SEM图；
图6是图5中A区域的放大图；
图7是实施例1步骤一得到的n-CeO2/NiCrAlY可喷涂喂料SEM图；
图8是图7中B区域的放大图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种提高热障涂层结合强度的方法，具体按以下步骤完成的：
一、纳米CeO2改性NiCrAlY：先真空熔炼制备含纳米CeO2的NiCrAlY合金，所述含纳米CeO2的NiCrAlY合金中Cr的质量分数为25～26％，Al的质量分数为10～11％，Y的质量分数为1～1.5％，纳米CeO2的质量分数为0.1～1.2％，余量为Ni；采用超声气体雾化制粉设备将含纳米CeO2的NiCrAlY合金制成可喷涂喂料，得到n-CeO2/NiCrAlY可喷涂喂料；
二、喷涂及热处理：采用等离子喷涂或超音速火焰喷涂先在金属基体表面喷涂n-CeO2/NiCrAlY可喷涂喂料，在金属基体表面得到n-CeO2/NiCrAlY粘接层，然后采用等离子喷涂在n-CeO2/NiCrAlY粘接层表面喷涂陶瓷层，最后进行热处理，即在金属基体表面得到热障涂层。
本实施方式步骤二中金属基体表面喷涂粘结层前，先对金属基体表面进行预处理，具体过程如下：用无水乙醇超声清洗表面油污，然后砂纸打磨去除表面机械加工痕迹和氧化物层，最后喷砂处理表面。
本实施方式步骤二中所用的等离子喷涂为大气等离子喷涂，大气等离子喷涂设备为Mecto 9MC喷涂系统。
本实施方式步骤二中等离子喷涂为大气等离子喷涂，大气等离子喷涂是在大气中进行，元素扩散伴随着氧化。在空气中热处理除了形成扩散层，还有可能形成α-Al2O3薄层成为隔氧层，提高涂层的综合性能，尤其稀土元素Ce对α-Al2O3的形成有促进作用。
本实施方式步骤二中在空气中热处理方式成本低、易操作。在空气中对热障涂层进行热处理相当于对热障涂层的服役过程进行了一个简单模拟，但环境因素又简单很多。而且热处理过程要随炉加热、随炉冷却，避免热循环，防止涂层开裂和脱落。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中所述NiCrAlY合金中Cr的质量分数为25.3％，Al的质量分数为10.3％，Y的质量分数为1.1％，纳米CeO2的质量分数为0.2％，余量为Ni。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一中所述n-CeO2/NiCrAlY可喷涂喂料的粒度为10μm～45μm。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤二中所述的金属基体的材质为GH3030的镍基高温合金。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤二中所述的陶瓷层为纳米8YSZ陶瓷层。其他与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤二中所述的热处理具体过程如下：以升温速率为15℃/min升温至800～1000℃，然后在温度为800～1000℃下保温0.5h～6h，然后随炉冷却至室温。其他与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤二中所述的热处理具体过程如下：以升温速率为15℃/min升温至800℃，然后在温度为800℃下保温2h～6h，然后随炉冷却至室温。其他与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤二中所述的热处理具体过程如下：以升温速率为15℃/min升温至900℃，然后在温度为900℃下保温0.5h～6h，然后随炉冷却至室温。其他与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤二中采用等离子喷涂先在金属基体表面喷涂n-CeO2/NiCrAlY可喷涂喂料过程中等离子喷涂为大气等离子喷涂，具体大气等离子喷涂参数：电流为550A～600A，净功率为25kW～32kW，送粉载气为4.5nlpm～5.0nlpm，送粉速率为60g/min，送粉方向为90°，喷涂距离为100mm～300mm，喷涂速度300mm/min。其他与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤二中采用等离子喷涂在n-CeO2/NiCrAlY粘接层表面喷涂陶瓷层过程中等离子喷涂为大气等离子喷涂，具体大气等离子喷涂参数：电流为600A，净功率为25kW～32kW，送粉载气为2.5nlpm～2.8nlpm，送粉速率为45g/min，送粉方向为90°，喷涂距离为100mm，喷涂速度300mm/min。其他与具体实施方式一至九相同。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
采用下述试验验证本发明效果
实施例1：一种提高热障涂层结合强度的方法，具体按以下步骤完成的：
一、纳米CeO2改性NiCrAlY：先真空熔炼制备含纳米CeO2的NiCrAlY合金，所述NiCrAlY合金中Cr的质量分数为25.3％，Al的质量分数为10.3％，Y的质量分数为1.1％，纳米CeO2的质量分数为0.2％，余量为Ni；采用超声气体雾化制粉设备将含纳米CeO2的NiCrAlY合金制成可喷涂喂料，得到n-CeO2/NiCrAlY可喷涂喂料；
二、喷涂及热处理：采用大气等离子喷涂先在金属基体表面喷涂n-CeO2/NiCrAlY可喷涂喂料，在金属基体表面得到n-CeO2/NiCrAlY粘结层，然后采用大气等离子喷涂在n-CeO2/NiCrAlY粘结层表面喷涂陶瓷层，最后进行热处理，即在金属基体表面得到所需热障涂层。
本实施例步骤二中金属基体表面喷涂粘结层前，先对金属基体表面进行预处理，具体过程如下：先用无水乙醇对金属基体进行超声清洗10min，清洗金属基体表面油污，然后用240目砂纸打磨金属基体表面，去除金属基体表面的机加工痕迹和氧化物层，再用无水乙醇超声清洗5min，清洗去除打磨时粘附在金属基体表面的颗粒和水渍，然后用16目棕刚玉砂对金属基体表面进行喷砂处理，使得金属基体表面粗化，产生新鲜表面，最后再用无水乙醇超声清洗10min，清洗喷砂处理时留在金属基体表面的颗粒。
本实施例步骤二中所用的大气等离子喷涂设备为Mecto 9MC喷涂系统。
本实施例步骤一中所述n-CeO2/NiCrAlY可喷涂喂料的粒度为10μm～45μm。
本实施例步骤二中所述的金属基体的材质为GH3030的镍基高温合金。
本实施例步骤二中所述的陶瓷层为纳米结构8YSZ陶瓷层。
本实施例步骤二中所述的热处理具体过程如下：以升温速率为15℃/min升温至800℃，然后在温度为800℃下保温0.5h，然后随炉冷却至室温。
本实施例步骤二中采用大气等离子喷涂先在金属基体表面喷涂n-CeO2/NiCrAlY热喷涂喂料过程中大气等离子喷涂参数：电流为600A，净功率为32kW，送粉载气为4.7nlpm，送粉速率为60g/min，送粉方向为90°，喷涂距离为300mm，喷涂速度300mm/min。
本实施例步骤二中采用大气等离子喷涂在n-CeO2/NiCrAlY粘结层表面喷涂陶瓷层过程中大气等离子喷涂参数：电流为600A，净功率为25kW，送粉载气为2.6nlpm，送粉速率为45g/min，送粉方向为90°，喷涂距离为100mm，喷涂速度300mm/min。
采用对偶拉伸试验方法测定本实施例得到的热障涂层的拉伸结合强度，当拉伸结合强度达到31.8MPa时，热障涂层的陶瓷层内部以及陶瓷层与粘结层界面发生断裂。
实施例2：本实施例与实施例1不同点是：步骤二中所述的热处理具体过程如下：以升温速率为15℃/min升温至800℃，然后在温度为800℃下保温2h，然后随炉冷却至室温。其他与实施例1相同。
采用对偶拉伸试验方法测定本实施例得到的热障涂层的拉伸结合强度，当拉伸结合强度达到43.0MPa时，热障涂层的陶瓷层内部发生断裂。
实施例3：本实施例与实施例1不同点是：步骤二中所述的热处理具体过程如下：以升温速率为15℃/min升温至800℃，然后在温度为800℃下保温6h，然后随炉冷却至室温。其他与实施例1相同。
采用对偶拉伸试验方法测定本实施例得到的热障涂层的拉伸结合强度，当拉伸结合强度达到48.9MPa时，胶层断裂(热障涂层试样的背面)，热障涂层完好无损，证明热障涂层的拉伸结合强度＞48.9MPa。
实施例4：本实施例与实施例1不同点是：步骤二中所述的热处理具体过程如下：以升温速率为15℃/min升温至900℃，然后在温度为900℃下保温0.5h，然后随炉冷却至室温。其他与实施例1相同。
采用对偶拉伸试验方法测定本实施例得到的热障涂层的拉伸结合强度，当拉伸结合强度达到39.5MPa时，热障涂层的陶瓷层内部发生断裂。
利用扫描电镜(SEM)检测实施例4步骤二中热处理前和热处理后热障涂层的截面形貌，如图1和图2所示，图1是实施例4步骤二中热处理前热障涂层的截面SEM图，图2是实施例4步骤二中热处理后热障涂层的截面SEM图。图2与图1相比，可以看出热处理后粘结层与基体以及粘结层与8YSZ陶瓷层涂层界面变得模糊，所以元素扩散使界面处组织结构由突变变为了连续改变。同时可以看到热处理后视野中黑色组织明显增多，黑色组织为金属氧化物。通过图2可以看出氧化物明显呈层状，说明是致密的Al2O3层，致密的Al2O3层可以阻止进一步氧化，避免形成尖晶石类氧化物，而层状本身能一定程度缓解残余应力，所以结合强度有所提高。
实施例5：本实施例与实施例1不同点是：步骤二中所述的热处理具体过程如下：以升温速率为15℃/min升温至900℃，然后在温度为900℃下保温2h，然后随炉冷却至室温。其他与实施例1相同。
采用对偶拉伸试验方法测定本实施例得到的热障涂层的拉伸结合强度，当拉伸结合强度达到45.2MPa时，胶层断裂(热障涂层试样的背面)，热障涂层完好无损，证明热障涂层的拉伸结合强度＞45.2MPa。
实施例6：本实施例与实施例1不同点是：步骤二中所述的热处理具体过程如下：以升温速率为15℃/min升温至900℃，然后在温度为900℃下保温6h，然后随炉冷却至室温。其他与实施例1相同。
采用对偶拉伸试验方法测定本实施例得到的热障涂层的拉伸结合强度，当拉伸结合强度达到41.5MPa时，热障涂层的陶瓷层内部发生断裂。
实施例7：本实施例与实施例1不同点是：步骤二中所述的热处理具体过程如下：以升温速率为15℃/min升温至1000℃，然后在温度为1000℃下保温0.5h，然后随炉冷却至室温。其他与实施例1相同。
采用对偶拉伸试验方法测定本实施例得到的热障涂层的拉伸结合强度，当拉伸结合强度达到31.9MPa时，热障涂层的陶瓷层内部以及陶瓷层与粘结层界面发生断裂。
实施例8：本实施例与实施例1不同点是：步骤二中所述的热处理具体过程如下：以升温速率为15℃/min升温至1000℃，然后在温度为1000℃下保温2h，然后随炉冷却至室温。其他与实施例1相同。
采用对偶拉伸试验方法测定本实施例得到的热障涂层的拉伸结合强度，当拉伸结合强度达到42.3MPa时，热障涂层的陶瓷层内部发生断裂。
实施例9：本实施例与实施例1不同点是：步骤二中所述的热处理具体过程如下：以升温速率为15℃/min升温至1000℃，然后在温度为1000℃下保温6h，然后随炉冷却至室温。其他与实施例1相同。
采用对偶拉伸试验方法测定本实施例得到的热障涂层的拉伸结合强度，当拉伸结合强度达到40.2MPa时，热障涂层的陶瓷层内部以及陶瓷层与粘结层界面发生断裂。
对比实施例1：未热处理对比：本实施例与实施例1不同点是：步骤二中采用大气等离子喷涂先在金属基体表面喷涂n-CeO2/NiCrAlY可喷涂喂料，在金属基体表面得到n-CeO2/NiCrAlY粘结层，然后采用大气等离子喷涂在n-CeO2/NiCrAlY粘结层表面喷涂陶瓷层，即在金属基体表面得到热障涂层。其他与实施例1相同。
采用对偶拉伸试验方法测定本实施例得到的热障涂层的拉伸结合强度，当拉伸结合强度达到32.9MPa时，热障涂层的陶瓷层与粘结层界面发生断裂。
对比实施例2：未Ce改性：
一、先真空熔炼制备NiCrAlY合金，所述NiCrAlY合金中Cr的质量分数为25.3％，Al的质量分数为10.3％，Y的质量分数为1.1％，余量为Ni；采用超声气体雾化制粉设备将NiCrAlY合金制成可喷涂喂料，得到NiCrAlY可喷涂喂料；
二、喷涂及热处理：采用大气等离子喷涂先在金属基体表面喷涂NiCrAlY热喷涂喂料，在金属基体表面得到NiCrAlY粘结层，然后采用大气等离子喷涂在NiCrAlY粘结层表面喷涂陶瓷层，最后进行热处理，即在金属基体表面得到热障涂层。
采用对偶拉伸试验方法测定本实施例得到的热障涂层的拉伸结合强度，当拉伸结合强度达到20.2MPa时，热障涂层的陶瓷层内部以及陶瓷层与粘结层界面发生断裂。
改性粉体喂料致密度和球形度的提高、晶粒度的减小及润湿性的改善也有利于涂层结合强度的提高。图5是对比实施例2步骤一得到的NiCrAlY可喷涂喂料SEM图；图6是图5中A区域的放大图；图7是实施例1步骤一得到的n-CeO2/NiCrAlY可喷涂喂料SEM图；图8是图7中B区域的放大图。只有当喂料的性能满足一定要求时，喂料才能适用于大气等离子喷涂工艺，也才能喷出较好的涂层，喂料的组织结构决定了喂料的喷涂性能，也在很大程度上决定了涂层的组织结构，对涂层质量起着决定性作用，由图7和图5可以看出，与NiCrAlY喂料相比，n-CeO2/NiCrAlY喂料的颗粒尺寸略小一些，并且球形度更好，颗粒表面的“触角”要少一些，喂料的表面状态更好一些。试验已证明用n-CeO2/NiCrAlY喂料喷涂的涂层性能要好一些，涂层更致密。从图8和图6中可以看出金属粉喂料的晶粒尺寸为微米级别，但相比之下，n-CeO2/NiCrAlY喂料的晶粒更细，甚至有一定比例的亚微米晶，这是因为稀土元素氧化物加入到金属喂料中后，在造粒的过程中会钉扎在晶界上，阻止晶粒长大，晶粒细化使得金属粘结层的强度和韧性等均有所提高，并且由于润湿性的改善在喷涂过程中也能熔化铺展得较好。
对比实施例3：本实施例与对比实施例2不同点是：步骤二中所述的热处理具体过程如下：以升温速率为15℃/min升温至900℃，然后在温度为900℃下保温0.5h，然后随炉冷却至室温。其他与对比实施例2相同。
采用对偶拉伸试验方法测定本实施例得到的热障涂层的拉伸结合强度，当拉伸结合强度达到16.7MPa时，热障涂层的陶瓷层内部以及陶瓷层与粘结层界面发生断裂。
利用扫描电镜(SEM)检测对比实施例3步骤二中热处理前和热处理后热障涂层的截面形貌，如图3和图4所示，图3是对比实施例3步骤二中热处理前热障涂层的截面SEM图，图4是对比实施例3步骤二中热处理后热障涂层的截面SEM图；图4与图3相比，可以看出热处理后视野中黑色组织明显增多，且黑色组织为块状，呈独立等轴状结构，因此黑色组织为尖晶石类氧化物。尖晶石类氧化物本身脆，而且是块状，其存在破坏了界面完整性，增大了残余应力，结合强度而层状本身能一定程度缓解残余应力，结合强度因此降低。
对比实施例4：本实施例与对比实施例2不同点是：步骤二中所述的热处理具体过程如下：以升温速率为15℃/min升温至1000℃，然后在温度为1000℃下保温0.5h，然后随炉冷却至室温。其他与对比实施例2相同。
采用对偶拉伸试验方法测定本实施例得到的热障涂层的拉伸结合强度，当拉伸结合强度达到18.8MPa时，热障涂层的陶瓷层内部发生断裂。
对比实施例5：未热处理及未Ce改性：本实施例与对比实施例2的不同点是：步骤二中采用大气等离子喷涂先在金属基体表面喷涂NiCrAlY可喷涂喂料，在金属基体表面得到NiCrAlY粘结层，然后采用大气等离子喷涂在NiCrAlY粘结层表面喷涂陶瓷层，即在金属基体表面得到热障涂层。其他与对比实施例2相同。
采用对偶拉伸试验方法测定本实施例得到的热障涂层的拉伸结合强度，当拉伸结合强度达到25.7MPa时，热障涂层的陶瓷层与粘结层界面发生断裂。
通过实施例1-9和对比实施例1-5可知，不加稀土元素Ce的涂层黑色组织多为一个个独立等轴状结构，所以其氧化产物多为尖晶石类氧化物，而添加了稀土元素Ce的涂层黑色组织呈连续层状分布，所以其氧化物主要是Al2O3层。对于未加Ce的涂层热处理后尖晶石类氧化物多，其颗粒状结构使得界面“破损”，降低涂层界面的结合强度，减弱了扩散层带来的影响，而尖晶石类氧化物本身又脆，所以涂层的结合强度降低。粘结层含有稀土元素Ce的热障涂层，由于稀土元素Ce加速了Al2O3向α-Al2O3的转变，α-Al2O3可以形成致密的膜，阻挡氧的扩散，减弱进一步氧化，抑制尖晶石类氧化物形成，同时Al2O3的层状结构对涂层界面的“损坏”小，所以扩散层的作用得以凸显，因此热处理后粘结层与陶瓷层界面的强度提高。
对于粘结层为NiCrAlY的热障涂层，在大气中热处理后，其结合强度反而下降，而对粘结层为n-CeO2/NiCrAlY的涂层，热处理却能在一定程度上提高其结合强度，尤其当在800℃下保温6h和在900℃下保温2h后涂层的结合强度得到了很大提高，分别在48.9MPa和45.2MPa时发生了胶断，比未处理的NiCrAlY的涂层(25.7MPa)有了显著提高，基本达到航空发动机高端部件的使用要求。并且热处理后的n-CeO2/NiCrAlY的涂层比未经过热处理的n-CeO2/NiCrAlY的涂层(32.9MPa)也有了较大提高。而粘结层为NiCrAlY的涂层在进行扩散热处理后结合强度则降低了。在空气中加热的过程中，主要是元素扩散和氧化两个过程的综合作用，金属元素的扩散会在界面处形成扩散层，有利于提高涂层的结合强度。氧向内扩散使金属元素氧化，主要形成Al2O3和尖晶石类氧化物，适当生成α-Al2O3，可以形成致密氧化物膜阻挡或减缓氧的扩散，突出金属元素扩散的作用，提高涂层的结合强度。稀土元素Ce的作用就是加速向α-Al2O3的转变。因此，本发明采用的对NiCrAlY粘结层纳米CeO2改性及热处理的共同作用，能有效提高热障涂层的结合强度，尤其是能保证在高温服役条件下的结合强度不下降。

Claims (5)

1.一种提高热障涂层结合强度的方法，其特征在于一种提高热障涂层结合强度的方法是按以下步骤完成的：
一、纳米CeO2改性NiCrAlY：先真空熔炼制备含纳米CeO2的NiCrAlY合金，所述含纳米CeO2的NiCrAlY合金中Cr的质量分数为25～26％，Al的质量分数为10～11％，Y的质量分数为1～1.5％，纳米CeO2的质量分数为0.1～1.2％，余量为Ni；采用超声气体雾化制粉设备将含纳米CeO2的NiCrAlY合金制成可喷涂喂料，得到n-CeO2/NiCrAlY可喷涂喂料；
二、喷涂及热处理：采用等离子喷涂或超音速火焰喷涂先在金属基体表面喷涂n-CeO2/NiCrAlY可喷涂喂料，在金属基体表面得到n-CeO2/NiCrAlY粘接层，然后采用等离子喷涂在n-CeO2/NiCrAlY粘接层表面喷涂陶瓷层，最后进行热处理，即在金属基体表面得到热障涂层；
步骤二中所述的金属基体的材质为GH3030的镍基高温合金；
步骤二中所述的陶瓷层为纳米8YSZ陶瓷层；
步骤二中所述的热处理具体过程如下：以升温速率为15℃/min升温至800℃，然后在温度为800℃下保温6h，然后随炉冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的一种提高热障涂层结合强度的方法，其特征在于步骤一中所述含纳米CeO2的NiCrAlY合金中Cr的质量分数为25.3％，Al的质量分数为10.3％，Y的质量分数为1.1％，纳米CeO2的质量分数为0.2％，余量为Ni。
3.根据权利要求1所述的一种提高热障涂层结合强度的方法，其特征在于步骤一中所述n-CeO2/NiCrAlY可喷涂喂料的粒度为10μm～45μm。
4.根据权利要求1所述的一种提高热障涂层结合强度的方法，其特征在于步骤二中采用等离子喷涂先在金属基体表面喷涂n-CeO2/NiCrAlY可喷涂喂料过程中等离子喷涂为大气等离子喷涂，具体大气等离子喷涂参数：电流为550A～600A，净功率为25kW～32kW，送粉载气为4.5nlpm～5.0nlpm，送粉速率为60g/min，送粉方向为90°，喷涂距离为100mm～300mm，喷涂速度300mm/min。
5.根据权利要求1所述的一种提高热障涂层结合强度的方法，其特征在于步骤二中采用等离子喷涂在n-CeO2/NiCrAlY粘接层表面喷涂陶瓷层过程中等离子喷涂为大气等离子喷涂，具体大气等离子喷涂参数：电流为600A，净功率为25kW～32kW，送粉载气为2.5nlpm～2.8nlpm，送粉速率为45g/min，送粉方向为90°，喷涂距离为100mm，喷涂速度300mm/min。
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