CN109338270A - 双梯度隔热抗烧蚀涂层及其制备方法 - Google Patents

双梯度隔热抗烧蚀涂层及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109338270A
CN109338270A CN201811279819.0A CN201811279819A CN109338270A CN 109338270 A CN109338270 A CN 109338270A CN 201811279819 A CN201811279819 A CN 201811279819A CN 109338270 A CN109338270 A CN 109338270A
Authority
CN
China
Prior art keywords
coating
sublayer
powder feeding
layer
thermal insulation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811279819.0A
Other languages
English (en)
Inventor
吴护林
丛大龙
李忠盛
何庆兵
张敏
赵子鹏
宋凯强
陈海涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
No 59 Research Institute of China Ordnance Industry
Original Assignee
No 59 Research Institute of China Ordnance Industry
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by No 59 Research Institute of China Ordnance Industry filed Critical No 59 Research Institute of China Ordnance Industry
Priority to CN201811279819.0A priority Critical patent/CN109338270A/zh
Publication of CN109338270A publication Critical patent/CN109338270A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/134—Plasma spraying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • C23C4/073—Metallic material containing MCrAl or MCrAlY alloys, where M is nickel, cobalt or iron, with or without non-metal elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
    • C23C4/11—Oxides

Abstract

本发明提供双梯度隔热抗烧蚀涂层及其制备方法，涉及高温环境防护涂层技术领域。本发明提供双梯度隔热抗烧蚀涂层，包括：双梯度隔热抗烧蚀涂层总厚度为200μm～500μm，包含多个子层，每个子层均具有梯度变化的孔隙率结构和材料成分，具体如下：第1子层孔隙率≤1％，第1子层的涂层材料成分为100％MCrAlYX；最后1个子层孔隙率≤30％，最后1个子层的涂层材料成分为100％M‑ZrO2；中间子层孔隙率和涂层材料逐层过渡，中间子层的涂层材料成分为MCrAlYX与M‑ZrO2的混合层。涉及涂层制备方法，采用双送粉大气等离子喷涂技术制备涂层，以改善金属基体表面隔热抗烧蚀涂层的抗热冲击、抗氧化和隔热性能。

Description

双梯度隔热抗烧蚀涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及高温环境防护涂层技术领域，具体而言，涉及一种具有双梯度结构特点的隔热抗烧蚀涂层的制备方法。
背景技术
隔热抗烧蚀涂层已经广泛应用于固体火箭发动机、高温涡轮发动机等装备的热端部件，例如喷管、燃烧室、涡轮叶片、尾翼等高温部件表面，起到防止火焰气流、固体颗粒、冷热冲击等对基体金属的氧化、烧蚀、冲击破坏作用，能够显著提高构件使用寿命。
金属构件表面隔热抗烧蚀涂层一般包括金属黏结层(打底层)和表面陶瓷层，二者形成经典双层结构。粘接层的常用材料是MCrAlYX(M＝Ni,Co或NiCo；X＝Si,Ta)，陶瓷层的常用材料是M-ZrO2(M＝Y2O3,MgO或CeO2)。隔热抗烧蚀涂层常用的制备工艺包括大气等离子喷涂、低压等离子喷涂、电子束-物理气相沉积等，其中大气等离子喷涂具有沉积效率高、工艺过程简单、经济效益显著，是生产中广泛采用的隔热抗烧蚀制备工艺。
隔热抗烧蚀涂层的失效原因包括：1是陶瓷层与金属构件表面热膨胀系数不匹配，在高温热冲击过程中巨大的热膨胀不匹配使金属基体与陶瓷层之间产生较大残余热应力，应力达到一定程度后导致陶瓷层开裂脱落；2是黏结层发生氧化和腐蚀，陶瓷层中较多的贯穿孔隙、微小裂纹等疏松结构导致外界氧化介质、腐蚀气体等在高温高压条件下向陶瓷层内部和黏结层快速扩散，在界面处产生的热生长氧化物达到一定厚度则导致陶瓷层脱落。
为了解决隔热抗烧蚀涂层热冲击脱落和黏结层氧化腐蚀问题，设计梯度涂层结构和制备技术已经成为研究的热点。专利1(201510035085.1)提供了一种一种制备梯度热障涂层的方法，主要采用电镀或化学镀方法在纳米团聚陶瓷颗粒表面包覆合金粉末，并通过热喷涂或者激光熔覆方法结合在金属基体表面，,制备的纳米梯度热障涂层致密性好、结合强度高，但是抗氧化性能未得到改善。专利2(201610302235.)提供了一种同步送粉制备连续渐变结构陶瓷基热障涂层的方法，主要采用双送粉超音速等离子喷涂方法制备成分结构连续渐变的陶瓷涂层，热障涂层具有很低的层间应力，高的热冲击寿命及高的隔热性能，但是抗氧化性能未得到显著改善。专利3(201210283972.7)提供了一种新型梯度热障涂层的制备方法，涂层的粘结层中含有易于形成氧化膜的氧化物,且氧化物含量具有梯度变化，并采用电子束物理气相沉积工艺制备陶瓷层，该热障涂层耐热性能和抗氧化性能同时得到提高，但是抗热冲击性能未得到显著改善。
鉴于此，提出一种技术方案以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于改善金属基体表面隔热抗烧蚀涂层的抗热冲击性能、抗氧化性能和隔热性能，该涂层在成分和结构上均具有梯度变化特点，综合性能突出。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明的一个方面提供一种双梯度隔热抗烧蚀涂层，包括：双梯度隔热抗烧蚀涂层的涂层总厚度为200μm～500μm，包含多个子层，每个子层均具有梯度变化的孔隙率结构和材料成分，具体如下：
第1子层孔隙率≤1％，第1子层的涂层材料成分为100％MCrAlYX；最后1个子层孔隙率≤30％，最后1个子层的涂层材料成分为100％M-ZrO2；中间子层孔隙率和涂层材料逐层过渡，中间子层的涂层材料成分为MCrAlYX与M-ZrO2的混合层。
进一步的，在上述技术方案基础之上，中间子层的孔隙率由1％梯度变化至30％，中间子层的涂层材料成分由(60％～90％)MCrAlYX+(10％～40％)M-ZrO2梯度变化至(10％～40％)MCrAlYX+(60％～90％)M-ZrO2。
进一步的，在上述技术方案基础之上，所述子层的层数为4～10层，每个子层的厚度为30μm～50μm。
本发明的另一个方面提供一种双梯度隔热抗烧蚀涂层的制备方法，包括如下步骤：
S01，基体预处理，选取合金钢或高温合金中的一种作为基体，对待喷涂工件进行表面处理；
S02，喷涂粉末预处理，喷涂粉末是A、B两组材料，A组材料是合金粉末，为NiCrAlY、CoCrAlY、NiCoCrAlY、NiCoCrAlYTa合金中的一种，B组材料是陶瓷粉末，为氧化钇部分稳定的二氧化锆(Y2O3-ZrO2)、氧化钙部分稳定的二氧化锆(CaO-ZrO2)、氧化铈部分稳定二氧化锆(CeO2-ZrO2)和三氧化二铝(Al2O3)中的一种；待喷涂合金及陶瓷粉末在烘箱中烘干；
S03，制备隔热抗烧蚀涂层：采用双送粉大气等离子喷涂技术制备上述的双梯度隔热抗烧蚀涂层。
S04，依据涂层的使用要求，预先设定每一子层的工艺参数和每种成分的送粉速率，形成工艺曲线，依据工艺曲线采用自动或人工方式调整参数，完成涂层制备。
进一步的，在上述技术方案基础之上，在S03步骤中，通过调整喷涂工艺参数将涂层孔隙率控制在所需范围内，通过调整金属合金材料和陶瓷材料各自送粉率将涂层各子层材料成分控制在所需范围内。
进一步的，在上述技术方案基础之上，所述喷涂工艺参数包括等离子喷涂功率、送粉压力、送粉速率和喷涂速度工艺参数，通过正交实验法建立喷涂工艺参数与涂层孔隙率的关系。
进一步的，在上述技术方案基础之上，等离子喷涂功率的范围为25kW～60kW，送粉压力的范围为0.6MPa～1.0MPa，送粉速率的范围为2kg/h～10kg/h，喷涂速度的范围为20mm/s～200mm/s。
进一步的，在上述技术方案基础之上，在S03步骤中，采用金相法测量不同参数组合制备的涂层的孔隙率，测量位置是涂层的横截面，金相照片放大倍数后，采用多组横截面孔隙率平均值作为该组参数制备的涂层的孔隙率。
进一步的，在上述技术方案基础之上，在S03步骤中，各子层的MCrAlYX送粉率如下：第1子层MCrAlYX送粉率为0.9kg/h～10kg/h；最后1个子层MCrAlYX送粉率为0kg/h；中间子层MCrAlYX送粉率由0.9kg/h～10kg/h逐渐减小至0kg/h。
进一步的，在上述技术方案基础之上，在S03步骤中，各子层M-ZrO2送粉率如下：第1子层M-ZrO2送粉率为0kg/h；最后1个子层M-ZrO2送粉率为0.9kg/h～10kg/h；中间子层M-ZrO2送粉率由0kg/h逐渐增加至0.9kg/h～10kg/h。
与现有技术相比，本发明提供的双梯度隔热抗烧蚀涂层及其制备方法具有如下有益效果：
通过对各涂层成分和结构的梯度变化，形成结构性能一体化涂层，梯度变化的金属和陶瓷混合成分有效降低因材料热物理性能差异导致的层间应力大、易开裂问题，提高涂层的抗热冲击性能；孔隙率的梯度变化能够兼顾涂层的结合强度和隔热性能，底层高致密性能够提高涂层与基体的结合强度，表层及中间层呈梯度变化的孔隙率有利于提高涂层隔热作用，以及防止表面高温气流向基体扩散。相比于以往单一梯度涂层，该涂层在涂层内应力、抗冲刷、抗热冲击等方面有显著提升。
附图说明
图1为双梯度隔热抗烧蚀涂层与基体的结构示意图。
附图标号：
101-双梯度隔热抗烧蚀涂层；102-基体。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
根据本发明的一个方面，提供了双梯度隔热抗烧蚀涂层101，包括：双梯度隔热抗烧蚀涂层101的涂层总厚度为200μm～500μm，包含多个子层，每个子层均具有梯度变化的孔隙率结构和材料成分，具体如下：
第1子层孔隙率≤1％，第1子层的涂层材料成分为100％MCrAlYX；最后1个子层孔隙率≤30％，最后1个子层的涂层材料成分为100％M-ZrO2；中间子层孔隙率和涂层材料逐层过渡，中间子层的涂层材料成分为MCrAlYX与M-ZrO2的混合层。
需要说明的是，本发明的双梯度隔热抗烧蚀涂层101中，涂层的子层的层数为4～10层，每个子层的厚度为30μm～50μm，其中，需要指出的是，每个子层的涂层材料成分中的MCrAlYX与M-ZrO2的含量均不同，两种成分的含量优选在固定范围值内，具体含量的实施例子由下面的两个实施例进行说明。
本实施例的可选实施方式为，具体的，设定中间子层的孔隙率由1％梯度变化至30％，另外，中间子层的涂层材料成分由(60％～90％)MCrAlYX+(10％～40％)M-ZrO2梯度变化至(10％～40％)MCrAlYX+(60％～90％)M-ZrO2。
需要说明的是，采用本发明的双梯度隔热抗烧蚀涂层101的结构，能够得到各子层的MCrAlYX与M-ZrO2的含量呈一定范围的梯度变化，以提高涂层的抗热冲击性能，同时，各子层的不同成分的孔隙率也呈一定范围的梯度变化，能够兼顾涂层的结合强度和隔热性能，底层高致密性能够提高涂层与基体102的结合强度，表层及中间层呈梯度变化的孔隙率有利于提高涂层隔热作用，以及防止表面高温气流向基体102扩散。与以往的单一梯度涂层相比较，该涂层在涂层内应力、抗冲刷、抗热冲击等方面有显著提升。
本发明的第二方面还提供了双梯度隔热抗烧蚀涂层101的制备方法，包括如下步骤：。
S01，基体102预处理，选取合金钢或高温合金中的一种作为基体102，对待喷涂工件进行表面处理；
S02，喷涂粉末预处理，喷涂粉末是A、B两组材料，A组材料是合金粉末，为NiCrAlY、CoCrAlY、NiCoCrAlY、NiCoCrAlYTa合金中的一种，B组材料是陶瓷粉末，为氧化钇部分稳定的二氧化锆(Y2O3-ZrO2)、氧化钙部分稳定的二氧化锆(CaO-ZrO2)、氧化铈部分稳定二氧化锆(CeO2-ZrO2)和三氧化二铝(Al2O3)中的一种；待喷涂合金及陶瓷粉末在烘箱中烘干；本实施例的可选实施方式为，待喷涂合金及陶瓷粉末在80℃～100℃烘箱中烘干20min～40min；
S03，制备隔热抗烧蚀涂层：采用双送粉大气等离子喷涂技术制备上述的双梯度隔热抗烧蚀涂层101。
S04，依据涂层的使用要求，预先设定每一子层的工艺参数和每种成分的送粉速率，形成工艺曲线，依据工艺曲线采用自动或人工方式调整参数，完成涂层制备。
具体的，在S03步骤中，通过调整喷涂工艺参数将涂层孔隙率控制在所需范围内，通过调整金属合金材料和陶瓷材料各自送粉率将涂层各子层材料成分控制在所需范围内。喷涂工艺参数包括等离子喷涂功率、送粉压力、送粉速率和喷涂速度工艺参数，通过正交实验法建立喷涂工艺参数与涂层孔隙率的关系。
具体的，各涂层孔隙率和涂层成分控制方法如下：第一方面，涂层各子层孔隙率通过调整喷涂工艺参数实现，首先通过正交实验法建立等离子喷涂功率、送粉压力、送粉速率、喷涂速度工艺参数与涂层孔隙率的关系，功率25kW～60kW，送粉压力0.6MPa～1.0MPa，送粉速率2kg/h～10kg/h，喷涂速度20mm/s～200mm/s。采用金相法测量不同参数组合制备的涂层的孔隙率，测量位置是涂层的横截面，金相照片放大倍数是200倍，采用5组横截面孔隙率平均值作为该组参数制备的涂层的孔隙率。采用相同方法获得所有参数组合与涂层孔隙率的对应关系。第二方面，涂层各子层材料成分通过调整金属合金材料和陶瓷材料各自送粉率实现。第1子层MCrAlYX送粉率为0.9kg/h～10kg/h，M-ZrO2送粉率为0kg/h；最后1个子层MCrAlYX送粉率为0kg/h，M-ZrO2送粉率为0.9kg/h～10kg/h；中间子层MCrAlYX送粉率由0.9kg/h～10kg/h逐渐减小至0kg/h，M-ZrO2送粉率由0kg/h逐渐增加至0.9kg/h～10kg/h。
本发明提供的双梯度隔热抗烧蚀涂层101的制备方法，能够制备出上述的双梯度隔热抗烧蚀涂层101，具有该涂层的所有技术效果；通过对涂层成分和结构的梯度变化，形成结构性能一体化涂层，梯度变化的金属和陶瓷混合成分有效降低因材料热物理性能差异导致的层间应力大、易开裂问题，提高涂层的抗热冲击性能；孔隙率的梯度变化能够兼顾涂层的结合强度和隔热性能，底层高致密性能够提高涂层与基体102的结合强度，表层及中间层呈梯度变化的孔隙率有利于提高涂层隔热作用，以及防止表面高温气流向基体102扩散。相比于以往单一梯度涂层，该涂层在涂层内应力、抗冲刷、抗热冲击等方面有显著提升。
下面结合具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例提供的一种双梯度隔热抗烧蚀涂层101及其制备方法如下。
1.基体102预处理。采用有机溶剂清洗工件表面进行除油除锈，烘干后采用喷砂工艺对待喷涂工件表面粗化处理；
2.粉末预处理。金属合金层为200目～325目的NiCrAlY，陶瓷层为200目～325目的8％Y2O3-ZrO2，粉末在80℃温度下烘干30min。
3.涂层制备。
第1子层NiCrAlY粉末送粉率为5kg/h，8％Y2O3-ZrO2送粉率为0kg/h，送粉压力为0.8MPa，喷涂功率为30kW，喷涂速度为30mm/s，喷涂距离保持为100mm；
第2子层NiCrAlY粉末送粉率为3kg/h，8％Y2O3-ZrO2送粉率为2kg/h，送粉压力为0.8MPa，喷涂功率为35kW，喷涂速度为40mm/s，喷涂距离保持为100mm；
第3子层NiCrAlY粉末送粉率为2kg/h，8％Y2O3-ZrO2送粉率为3kg/h，送粉压力为0.8MPa，喷涂功率为40kW，喷涂速度为50mm/s，喷涂距离保持为100mm；
第4子层NiCrAlY粉末送粉率为0kg/h，8％Y2O3-ZrO2送粉率为5kg/h，送粉压力为0.8MPa，喷涂功率为45kW，喷涂速度为60mm/s，喷涂距离保持为80mm；
本实施例制备的双梯度涂层共有4层，涂层厚度350μm，孔隙率和材料成分沿厚度方向均呈梯度变化，涂层内应力显著低于双层结构。
实施例2
本实施例提供的一种双梯度隔热抗烧蚀涂层101及其制备方法如下。
1.基体102预处理。采用有机溶剂清洗工件表面进行除油除锈，烘干后采用喷砂工艺对待喷涂工件表面粗化处理；
2.粉末预处理。金属合金层为200目～325目的NiCoCrAlY，陶瓷层为200目～325目的CeO2-ZrO2，粉末在80℃温度下烘干30min。
3.涂层制备。
第1子层NiCoCrAlY粉末送粉率为6kg/h，CeO2-ZrO2送粉率为0kg/h，送粉压力为0.8MPa，喷涂功率为30kW，喷涂速度为30mm/s，喷涂距离保持为100mm；
第2子层NiCoCrAlY粉末送粉率为5kg/h，CeO2-ZrO2送粉率为1kg/h，送粉压力为0.8MPa，喷涂功率为35kW，喷涂速度为40mm/s，喷涂距离保持为100mm；
第3子层NiCoCrAlY粉末送粉率为4kg/h，CeO2-ZrO2送粉率为2kg/h，送粉压力为0.8MPa，喷涂功率为40kW，喷涂速度为50mm/s，喷涂距离保持为100mm；
第4子层NiCoCrAlY粉末送粉率为3kg/h，CeO2-ZrO2送粉率为3kg/h，送粉压力为0.8MPa，喷涂功率为45kW，喷涂速度为60mm/s，喷涂距离保持为80mm；
第5子层NiCoCrAlY粉末送粉率为2kg/h，CeO2-ZrO2送粉率为4kg/h，送粉压力为0.8MPa，喷涂功率为50kW，喷涂速度为70mm/s，喷涂距离保持为80mm；
第6子层NiCoCrAlY粉末送粉率为1kg/h，CeO2-ZrO2送粉率为5kg/h，送粉压力为0.8MPa，喷涂功率为55kW，喷涂速度为80mm/s，喷涂距离保持为80mm；
第7子层NiCoCrAlY粉末送粉率为0kg/h，CeO2-ZrO2送粉率为6kg/h，送粉压力为0.8MPa，喷涂功率为60kW，喷涂速度为90mm/s，喷涂距离保持为80mm；
本实施例制备的双梯度涂层共有7层，涂层厚度420μm，涂层孔隙率和材料成分均呈梯度变化，涂层内应力显著低于双层结构。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种双梯度隔热抗烧蚀涂层，其特征在于，包括：双梯度隔热抗烧蚀涂层的涂层总厚度为200μm～500μm，包含多个子层，每个子层均具有梯度变化的孔隙率结构和材料成分，具体如下：
第1子层孔隙率≤1％，第1子层的涂层材料成分为100％MCrAlYX；最后1个子层孔隙率≤30％，最后1个子层的涂层材料成分为100％M-ZrO2；中间子层孔隙率和涂层材料逐层过渡，中间子层的涂层材料成分为MCrAlYX与M-ZrO2的混合层。
2.根据权利要求1所述的双梯度隔热抗烧蚀涂层，其特征在于，中间子层的孔隙率由1％梯度变化至30％，中间子层的涂层材料成分由(60％～90％)MCrAlYX+(10％～40％)M-ZrO2梯度变化至(10％～40％)MCrAlYX+(60％～90％)M-ZrO2。
3.根据权利要求1所述的双梯度隔热抗烧蚀涂层的制备方法，其特征在于，所述子层的层数为4～10层，每个子层的厚度为30μm～50μm。
4.一种双梯度隔热抗烧蚀涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01，基体预处理，选取合金钢或高温合金中的一种作为基体，对待喷涂工件进行表面处理；
S02，喷涂粉末预处理，喷涂粉末是A、B两组材料，A组材料是合金粉末，为NiCrAlY、CoCrAlY、NiCoCrAlY、NiCoCrAlYTa合金中的一种，B组材料是陶瓷粉末，为氧化钇部分稳定的二氧化锆(Y2O3-ZrO2)、氧化钙部分稳定的二氧化锆(CaO-ZrO2)、氧化铈部分稳定二氧化锆(CeO2-ZrO2)和三氧化二铝(Al2O3)中的一种；待喷涂合金及陶瓷粉末在烘箱中烘干；
S03，制备隔热抗烧蚀涂层：采用双送粉大气等离子喷涂技术制备上述的双梯度隔热抗烧蚀涂层。
S04，依据涂层的使用要求，预先设定每一子层的工艺参数和每种成分的送粉速率，形成工艺曲线，依据工艺曲线采用自动或人工方式调整参数，完成涂层制备。
5.根据权利要求4所述的双梯度隔热抗烧蚀涂层的制备方法，其特征在于，在S03步骤中，通过调整喷涂工艺参数将涂层孔隙率控制在所需范围内，通过调整金属合金材料和陶瓷材料各自送粉率将涂层各子层材料成分控制在所需范围内。
6.根据权利要求5所述的双梯度隔热抗烧蚀涂层的制备方法，其特征在于，所述喷涂工艺参数包括等离子喷涂功率、送粉压力、送粉速率和喷涂速度工艺参数，通过正交实验法建立喷涂工艺参数与涂层孔隙率的关系。
7.根据权利要求6所述的双梯度隔热抗烧蚀涂层的制备方法，其特征在于，等离子喷涂功率的范围为25kW～60kW，送粉压力的范围为0.6MPa～1.0MPa，送粉速率的范围为2kg/h～10kg/h，喷涂速度的范围为20mm/s～200mm/s。
8.根据权利要求4所述的双梯度隔热抗烧蚀涂层的制备方法，其特征在于，在S03步骤中，采用金相法测量不同参数组合制备的涂层的孔隙率，测量位置是涂层的横截面，金相照片放大倍数后，采用多组横截面孔隙率平均值作为该组参数制备的涂层的孔隙率。
9.根据权利要求4所述的双梯度隔热抗烧蚀涂层的制备方法，其特征在于，在S03步骤中，各子层的MCrAlYX送粉率如下：第1子层MCrAlYX送粉率为0.9kg/h～10kg/h；最后1个子层MCrAlYX送粉率为0kg/h；中间子层MCrAlYX送粉率由0.9kg/h～10kg/h逐渐减小至0kg/h。
10.根据权利要求4所述的双梯度隔热抗烧蚀涂层的制备方法，其特征在于，在S03步骤中，各子层M-ZrO2送粉率如下：第1子层M-ZrO2送粉率为0kg/h；最后1个子层M-ZrO2送粉率为0.9kg/h～10kg/h；中间子层M-ZrO2送粉率由0kg/h逐渐增加至0.9kg/h～10kg/h。
CN201811279819.0A 2018-10-30 2018-10-30 双梯度隔热抗烧蚀涂层及其制备方法 Pending CN109338270A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811279819.0A CN109338270A (zh) 2018-10-30 2018-10-30 双梯度隔热抗烧蚀涂层及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811279819.0A CN109338270A (zh) 2018-10-30 2018-10-30 双梯度隔热抗烧蚀涂层及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109338270A true CN109338270A (zh) 2019-02-15

Family

ID=65312673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811279819.0A Pending CN109338270A (zh) 2018-10-30 2018-10-30 双梯度隔热抗烧蚀涂层及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109338270A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110284096A (zh) * 2019-07-26 2019-09-27 清华大学无锡应用技术研究院 一种新型孔隙率梯度的热障涂层
CN111519125A (zh) * 2020-05-28 2020-08-11 广东省新材料研究所 一种航空发动机涡轮外环的表面处理方法及航空发动机涡轮外环
WO2020168679A1 (zh) * 2019-02-22 2020-08-27 沈阳富创精密设备有限公司 一种ic装备等离子体刻蚀腔防护涂层的制备方法
CN112646964A (zh) * 2020-12-17 2021-04-13 中国科学院金属研究所 一种具有梯度纳米结构表层的高温合金及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104988449A (zh) * 2015-06-19 2015-10-21 安泰科技股份有限公司 一种热障抗烧蚀复合涂层及其制备方法
CN106435442A (zh) * 2016-09-29 2017-02-22 成都真火科技有限公司 一种金属表面梯度涂层熔覆方法
CN108342678A (zh) * 2018-03-15 2018-07-31 北京矿冶科技集团有限公司 具有结构梯度的热障涂层及其制备方法
CN108396278A (zh) * 2018-05-14 2018-08-14 北方工业大学 长寿命MCrAlY涂层、制备方法和在热端部件的应用
CN108441807A (zh) * 2018-04-19 2018-08-24 福州大学 一种具有梯度结构的ysz-稀土锆酸盐热障涂层及制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104988449A (zh) * 2015-06-19 2015-10-21 安泰科技股份有限公司 一种热障抗烧蚀复合涂层及其制备方法
CN106435442A (zh) * 2016-09-29 2017-02-22 成都真火科技有限公司 一种金属表面梯度涂层熔覆方法
CN108342678A (zh) * 2018-03-15 2018-07-31 北京矿冶科技集团有限公司 具有结构梯度的热障涂层及其制备方法
CN108441807A (zh) * 2018-04-19 2018-08-24 福州大学 一种具有梯度结构的ysz-稀土锆酸盐热障涂层及制备方法
CN108396278A (zh) * 2018-05-14 2018-08-14 北方工业大学 长寿命MCrAlY涂层、制备方法和在热端部件的应用

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. PORTINHA ET.AL: "Characterization of thermal barrier coatings with a gradient in porosity", 《SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY》 *
李晨希等: "铜基体上制备ZrO2-NiCrAlY梯度喷涂层的组织及其性能", 《材料保护》 *
钟颖虹等: "燃气轮机透平叶片热障涂层的研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020168679A1 (zh) * 2019-02-22 2020-08-27 沈阳富创精密设备有限公司 一种ic装备等离子体刻蚀腔防护涂层的制备方法
CN110284096A (zh) * 2019-07-26 2019-09-27 清华大学无锡应用技术研究院 一种新型孔隙率梯度的热障涂层
CN111519125A (zh) * 2020-05-28 2020-08-11 广东省新材料研究所 一种航空发动机涡轮外环的表面处理方法及航空发动机涡轮外环
CN111519125B (zh) * 2020-05-28 2022-03-29 广东省科学院新材料研究所 一种航空发动机涡轮外环的表面处理方法及航空发动机涡轮外环
CN112646964A (zh) * 2020-12-17 2021-04-13 中国科学院金属研究所 一种具有梯度纳米结构表层的高温合金及其制备方法
CN112646964B (zh) * 2020-12-17 2022-02-22 中国科学院金属研究所 一种具有梯度纳米结构表层的高温合金及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109338270A (zh) 双梯度隔热抗烧蚀涂层及其制备方法
Gell et al. Highly durable thermal barrier coatings made by the solution precursor plasma spray process
Khan et al. Thermal cyclic behavior of air plasma sprayed thermal barrier coatings sprayed on stainless steel substrates
Zhou et al. Comparison of thermal cycling behavior of plasma-sprayed nanostructured and traditional thermal barrier coatings
CN104451672B (zh) 一种调控热障涂层界面形貌的激光粉末沉积方法
Wang et al. Commercial thermal barrier coatings with a double-layer bond coat on turbine vanes and the process repeatability
CN103789715A (zh) 一种高寿命耐氧化热障涂层材料及其制备方法
Zhe et al. Thermal stability and mechanical properties of thick thermal barrier coatings with vertical type cracks
JP2008045211A (ja) タービンエンジンコンポーネント及びタービンエンジンコンポーネントのコーティング方法
CN103009704A (zh) 一种纳米/类柱状晶混合结构热障涂层及其制备方法
CN108118190B (zh) 一种抗环境沉积物腐蚀热障涂层及其制备方法
JP2010043351A (ja) 遮熱コーティング及びその製造法
CN112176275B (zh) 一种热障涂层及其制备方法和应用
CN104451675B (zh) 高抗热震性陶瓷封严涂层的制备方法
CN108660407B (zh) 一种具有预制微观纵向裂纹结构的热障涂层及其制备方法
CN111962028A (zh) 一种eb-pvd/aps复合结构双陶瓷层热障涂层及其制备方法
Tailor et al. Effect of controlled segmentation on the thermal cycling behavior of plasma sprayed YSZ thick coatings
CN107419213A (zh) 一种金属基体的表面防腐方法
CN106011721A (zh) 一种采用热喷涂法制备多层涂层的方法
EP3068918B1 (en) Method of manufacturing fiber reinforced barrier coating
EP3453778A1 (en) Segmented ceramic coatings and methods
US10260141B2 (en) Method of forming a thermal barrier coating with improved adhesion
Gürgen et al. Oxidation and thermal shock behavior of thermal barrier coated 18/10CrNi alloy with coating modifications
Chwa et al. Thermal diffusivity and erosion resistance of ZrO2–8 wt.% Y2O3 coatings prepared by a laser hybrid spraying technique
KR20180024053A (ko) 열차폐 코팅 구조 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190215

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication