CN109023205A - 一种热喷涂热障涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种热喷涂热障涂层的制备方法，属于热喷涂技术领域。本发明所述方法为先利用超音速火焰喷涂进行粘结层制备，再在阻热剂中添加热稳定剂混合均匀后，与愈合剂进行异路送粉热喷涂，得到裂纹自愈合热障涂层。本发明所述裂纹自愈合热障涂层在使用过程中能有效的控制裂纹的萌生和扩展，提高热障涂层的抗热震性能，延长热障涂层的服役寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种热喷涂热障涂层的制备方法，属于热喷涂陶瓷涂层材料领域。
背景技术
航空涡轮发动机的工况十分苛刻，工作过程中涡轮的最高温度约为1350℃，长时间工作在800~900℃，所以航空发动机表面的热障涂层是不可缺少的，但是热障涂层的失效往往是在高温热氧化条件下，陶瓷层、粘结层或TGO产生裂纹引起的，控制裂纹的萌生和扩展是延长热障涂层寿命的关键。陶瓷材料具有很强的定向化学键，原子迁移能力有限，所以当前还没有较好的措施来解决热障涂层使用过程中裂纹萌生及扩展的问题。
因此针对上述的问题，需要一种低成本、工艺简单的方法来控制热障涂层使用过程中裂纹萌生及扩展，制备出具有自愈合涂层裂纹的热障涂层，大大的延长热障涂层的使用寿命。
发明内容
本发明要解决的问题是：热障涂层使用过程中裂纹的萌生及扩展，从而加快氧化，严重缩短热障涂层服役寿命的问题。
本发明的目的在于提供一种热喷涂热障涂层的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）对基体表面进行粗化、清洁处理，然后将粘结剂送入送粉器内在基体的待喷涂表面喷涂粘结层；
（2）将阻热剂与热稳定剂混合均匀得到混合粉末，将所得混合粉末和愈合剂分别送入两个送粉器中，在喷涂了粘结层的基体表面进行热喷涂得到陶瓷涂层，得到裂纹自愈合热障涂层；
步骤（1）和（2）中各原料的重量份数为：阻热剂60~70重量份，粘结剂10~20重量份，愈合剂2~25重量份，热稳定剂5~8重量份。
优选的，本发明所述阻热剂为YSZ（氧化钇稳定氧化锆）或稀土锆酸盐A2B2O7，其中A为La、Nd、Sm、Gd、Dy、Er、Yb中的一种，B为Zr、Ce中的一种，粉末过325目机械振动筛。
优选的，本发明所述粘结剂为NiCoCrAlY、NiCrAlY、CoCrAlY中的一种，粉末过325目机械振动筛。
优选的，本发明所述愈合剂为TiC或SiC粉末，粉末过325目机械振动筛。
优选的，本发明所述热稳定剂为MoSi2或SiO2粉末，粉末过325目机械振动筛。
本发明所述方法中：基体表面的粗化、清洁处理（将基材表面进行喷砂粗糙处理，然后利用干燥空气对喷砂表面进行清洁处理，喷砂粗糙过程中所使用的的沙粒材料为：锆刚玉、白刚玉或棕刚玉，其粒度为15~30μm），在基体的待喷涂表面利用超音速火焰喷涂技术喷涂粘结层，热喷涂（等离子喷涂、超音速火焰喷涂等）技术均为本领域的常规技术。
本发明的有益效果：
（1）本发明所述方法是在高温氧化的过程下，通过涂层内部所含成分的体积变化来充填因高温氧化和热应力萌生的裂纹；其中TiC氧化后形成的TiO2，体积约增加53%；SiC氧化后形成的SiO2，体积约增加118%；该两类物质的加入可以加大的减少陶瓷层中的裂纹，降低氧化速率，增强其抗氧化能力，极大的延长热障涂层的服役寿命。
（2）本发明所述方法制备成本较低、工艺简单、能较好的解决热障涂层使用过程中的裂纹萌生及扩展，从而加快涂层氧化速率的问题。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实施例所述方法中所用原料及其重量份为：阻热剂60重量份，粘结剂10重量份，愈合剂25重量份，热稳定剂5重量份，其中阻热剂为YSZ，粘结剂为NiCoCrAlY，愈合剂为TiC，热稳定剂为SiO2。
一种热喷涂热障涂层的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）基材表面进行喷砂粗糙处理，然后利用干燥空气对喷砂表面进行清洁处理，喷砂粗糙过程中所使用的的沙粒材料为锆刚玉，其粒度为15~30μm。
（2）称取60g YSZ粉，10gNiCoCrAlY粉，25gTiC粉，5g SiO2粉；利用机械球磨法将物料进行破碎，过325目机械振动筛。
（3）把步骤（2）中制得的60gYSZ粉末，5gSiO2粉末进行充分混合。
（4）将（2）中得到的NiCoCrAlY粉末送入送粉器内利用超音速火焰喷涂在（1）得到的基材表面进行粘结层的喷涂。
（5）设置等离子喷涂设备参数，将步骤（2）中得到的25g TiC粉末放入一个送粉器，将步骤（3）中制得的粉末放入另一个送粉器，使TiC粉末内送粉，步骤（3）中制得的粉末外送粉，设置等离子喷涂设备参数（热喷涂过程中喷涂距离为18mm；功率120kW；Ar流量100L/min；N2流量200L/min；H2流量10L/min，送粉电压为18V。），利用等离子喷涂设备在步骤（1）的预处理基体表面进行涂层喷涂，基体表面获得热喷涂长寿命热障涂层。
实施例2
本实施例所述方法中所用原料及其重量份为：阻热剂70重量份，粘结剂20重量份，愈合剂2重量份，热稳定剂8重量份，其中阻热剂为A2B2O7，粘结剂为NiCrAlY，愈合剂为SiC，热稳定剂为MoSi2。
本实施例所述一种热喷涂热障涂层的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）基材表面进行喷砂粗糙处理，然后利用干燥空气对喷砂表面进行清洁处理，喷砂粗糙过程中所使用的的沙粒材料为锆刚玉，其粒度为15~30μm。
（2）称取70gA2B2O7粉末、20g NiCrAlY粉末、2gSiC粉末、8g MoSi2粉末。利用机械球磨法将物料进行破碎，过325目机械振动筛。
（3）把步骤（2）中制得的70gA2B2O7粉末与8g MoSi2粉末进行充分混合。
（4）将（2）中得到的NiCrAlY粉末送入送粉器内利用超音速火焰喷涂在（1）得到的基材表面进行粘结层的喷涂。
（5）设置等离子喷涂设备参数，将步骤（2）中得到的2g SiC粉末放入一个送粉器，将步骤（3）中制得的粉末放入另一个送粉器，使SiC粉末外送粉，步骤（3）中制得的粉末内送粉，设置等离子喷涂设备参数（热喷涂过程中喷涂距离为22mm；功率180kW；Ar流量150L/min；N2流量300L/min；H2流量20L/min，送粉电压为18V。），利用等离子喷涂设备在步骤（1）的预处理基体表面进行涂层喷涂，基体表面获得热喷涂长寿命热障涂层。
实施例3
本实施例所述方法中所用原料及其重量份为：阻热剂65重量份，粘结剂15重量份，愈合剂14重量份，热稳定剂6重量份，其中阻热剂为YSZ粉末，粘结剂为CoCrAlY粉末，愈合剂为SiC粉末，热稳定剂为SiO2粉末。
本实施例所述一种热喷涂热障涂层的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）基材表面进行喷砂粗糙处理，然后利用干燥空气对喷砂表面进行清洁处理，喷砂粗糙过程中所使用的的沙粒材料为锆刚玉，其粒度为15~30μm。
（2）称取65gYSZ粉末、15gCoCrAlY粉末，14gSiC粉末，6g SiO2粉末。利用机械球磨法将物料进行破碎，过325目机械振动筛。
（3）把步骤（2）中制得的65g YSZ粉末与6g SiO2粉末进行充分混合。
（4）将（2）中得到的CoCrAlY粉末送入送粉器内利用超音速火焰喷涂在（1）得到的基材表面进行粘结层的喷涂。
（5）设置等离子喷涂设备参数（热喷涂过程中喷涂距离为21mm；功率140kW；Ar流量130L/min；N2流量260L/min；H2流量17L/min，送粉电压为18V。），将步骤（2）中得到的14g SiC粉末放入一个送粉器，将步骤（3）中制得的粉末放入另一个送粉器，使SiC粉末外送粉，步骤（3）中制得的粉末内送粉，设置等离子喷涂设备参数，利用等离子喷涂设备在步骤（1）的预处理基体表面进行涂层喷涂，基体表面获得热喷涂长寿命热障涂层。
下表1所示是实施例1-3所得涂层与对应的传统方法所制备的热障涂层进行微裂纹发生率、硬度等指标测试的数据，从表中可知，热喷涂长寿命热障涂层比传统方法制备的热障涂层具有更少的微裂纹发生率，具有更高的硬度；热障涂层使用过程中裂纹的萌生及扩展，从而加快氧化，严重缩短热障涂层服役寿命的问题得到一定程度的解决。
表1
注1：采用GB/T25995-2010精细陶瓷密度和显气孔率测试方法。
以上举例只是本发明的部分运用举例，但是本发明不只限于实施例，只要其以任何相同或相似方法、工艺流程达到本发明的技术效果，都应落入本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种热喷涂热障涂层的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）对基体表面进行粗化、清洁处理，然后将粘结剂送入送粉器内在基体的待喷涂表面喷涂粘结层；
（2）将阻热剂与热稳定剂混合均匀得到混合粉末，将所得混合粉末和愈合剂分别送入两个送粉器中，在喷涂了粘结层的基体表面进行热喷涂得到陶瓷涂层，得到裂纹自愈合热障涂层；
步骤（1）和（2）中各原料的重量份数为：阻热剂60~70重量份，粘结剂10~20重量份，愈合剂2~25重量份，热稳定剂5~8重量份。
2.根据权利要求1所述热喷涂热障涂层的制备方法，其特征在于：所述阻热剂为YSZ或稀土锆酸盐A2B2O7，其中A为La、Nd、Sm、Gd、Dy、Er、Yb中的一种，B为Zr、Ce中的一种，粉末过325目机械振动筛。
3.根据权利要求1所述热喷涂热障涂层的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为NiCoCrAlY、NiCrAlY、CoCrAlY中的一种，粉末过325目机械振动筛。
4.根据权利要求1所述热喷涂热障涂层的制备方法，其特征在于：所述愈合剂为TiC或SiC粉末，粉末过325目机械振动筛。
5.根据权利要求1所述热喷涂热障涂层的制备方法，其特征在于：所述热稳定剂为MoSi2或SiO2粉末，粉末过325目机械振动筛。
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