CN111962005A - 一种热障涂层的制备方法 - Google Patents

一种热障涂层的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111962005A
CN111962005A CN202010941155.0A CN202010941155A CN111962005A CN 111962005 A CN111962005 A CN 111962005A CN 202010941155 A CN202010941155 A CN 202010941155A CN 111962005 A CN111962005 A CN 111962005A
Authority
CN
China
Prior art keywords
barrier coating
thermal barrier
layer
ceramic layer
heat treatment
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
CN202010941155.0A
Other languages
English (en)
Inventor
张宏琦
谈芦益
普艳祥
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.)
Shanghai Electric Group Corp
Original Assignee
Shanghai Electric Group Corp
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 Shanghai Electric Group Corp filed Critical Shanghai Electric Group Corp
Priority to CN202010941155.0A priority Critical patent/CN111962005A/zh
Publication of CN111962005A publication Critical patent/CN111962005A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • C23C4/129—Flame 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
    • C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
    • C23C4/11—Oxides
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

本发明提供一种热障涂层的制备方法，包括如下步骤：制备陶瓷层；对制备完成的陶瓷层进行热处理，以获得热障涂层。本发明中热障涂层的制备方法，通过对制备完成的陶瓷层进行热处理，使得陶瓷层中无定形相在正式使用前已发生结晶，降低陶瓷层中无定形相的含量，且无定形相的结晶化具有不可逆的特点，结晶转变后不再发生体积变化，从而减弱在正式使用过程中因无定形相结晶造成的热障涂层的体积变化，避免热障涂层过早剥落、失效，进而有效提高热障涂层的使用寿命。

Description

一种热障涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种热障涂层的制备方法，特别是涉及一种能提高热障涂层使用寿命的制备方法。
背景技术
对于现有燃气轮机透平叶片热障涂层，广泛使用的氧化钇部分稳定氧化锆(PYSZ)材料使用温度无法超过1200℃，而镧镁铝氧涂层理论上可以在上述温度之上稳定服役，但镧镁铝氧涂层在喷涂过程中形成的无定型相会在服役过程中发生再结晶，造成体积变化，影响了热障涂层的使用寿命。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种热障涂层的制备方法，该制备方法能提高热障涂层的使用寿命。
为实现上述目的，本发明提供一种热障涂层的制备方法，包括如下步骤：
制备陶瓷层；
对制备完成的陶瓷层进行热处理，以获得热障涂层。
进一步地，所述陶瓷层包括镧镁铝氧层。
进一步地，所述陶瓷层还包括氧化钇部分稳定氧化锆层，在制备陶瓷层过程中，需先喷涂氧化钇部分稳定氧化锆层，再在氧化钇部分稳定氧化锆层的表面喷涂镧镁铝氧层。
进一步地，所述氧化钇部分稳定氧化锆层的化学成分为：Y2O3：6～8％wt；Zr2O3：90％～94％wt。
进一步地，所述镧镁铝氧层中化合物遵循的关系式为：La2O3-xMgO-yAl2O3，其中0.2≤x≤3.3，10.0≤y≤13。
进一步地，通过大气等离子喷涂方法制备所述陶瓷层。
进一步地，需先在金属基体的表面制备金属粘结层，再在金属粘结层的表面制备所述陶瓷层。
进一步地，通过超音速火焰喷涂方法或真空等离子喷涂方法制备所述金属粘结层。
进一步地，在马弗炉或真空热处理炉中完成热处理。
进一步地，在热处理过程中，热处理温度范围为1000℃～1100℃。
如上所述，本发明涉及的热障涂层的制备方法，具有以下有益效果：
本发明中热障涂层的制备方法，通过对制备完成的陶瓷层进行热处理，使得陶瓷层中无定形相在正式使用前已发生结晶，降低陶瓷层中无定形相的含量，且无定形相的结晶化具有不可逆的特点，结晶转变后不再发生体积变化，从而减弱在正式使用过程中因无定形相结晶造成的热障涂层的体积变化，避免热障涂层过早剥落、失效，进而有效提高热障涂层的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例一中陶瓷层、金属基体、及金属粘结层的结构示意图。
图2为本发明实施例二中陶瓷层、金属基体、及金属粘结层的结构示意图。
图3为本发明中热处理曲线示意图。
元件标号说明
1 陶瓷层
11 镧镁铝氧层
12 氧化钇部分稳定氧化锆层
2 金属基体
3 金属粘结层
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1至图3所示，本发明提供一种热障涂层的制备方法，包括如下步骤：
制备陶瓷层1；
对制备完成的陶瓷层1进行热处理，以获得热障涂层。
本发明中热障涂层的制备方法，通过对制备完成的陶瓷层1进行热处理，使得陶瓷层1中无定形相在正式使用前已发生结晶，降低陶瓷层1中无定形相的含量，且无定形相的结晶化具有不可逆的特点，结晶转变后不再发生体积变化，从而减弱在正式使用过程中因无定形相结晶造成的热障涂层的体积变化，避免热障涂层过早剥落、失效，进而有效提高热障涂层的使用寿命。
另外，于本发明一些实施例中在对陶瓷层1进行热处理时，如图3所示，热处理温度范围为1000℃～1100℃、1010℃～1050℃、1050℃～1070℃、或1070℃～1100℃，热处理时间、即保温时间为2～10小时、2～5小时、5～10小时、或大于等于10小时，之后陶瓷层1随炉冷却到50℃时，将其取出。
实施例一
本实施例中陶瓷层1为双层陶瓷层。如图1所示，本实施例中陶瓷层1包括镧镁铝氧层11和氧化钇部分稳定氧化锆层12，在制备陶瓷层1过程中，需先喷涂氧化钇部分稳定氧化锆层12，再在氧化钇部分稳定氧化锆层12的表面喷涂镧镁铝氧层11。且氧化钇部分稳定氧化锆层12的化学成分为：Y2O3：6～8％wt；Zr2O3：90％～94％wt。镧镁铝氧(LaMgAl11O19，LaMA)材料具有高温抗烧结性能好等优点，是一种理想的新型热障涂层材料。镧镁铝氧层11中三元化合物遵循的关系式为：La2O3-xMgO-yAl2O3，其中0.2≤x≤3.3，10.0≤y≤13。另外，本实施例具体通过大气等离子喷涂方法制备所述陶瓷层1，以保证制备的陶瓷层1的质量较高。
本实施例中热障涂层的制备方法，在制备热障涂层过程中，如图1所示，需先在金属基体2的表面制备金属粘结层3，再在金属粘结层3的表面制备所述陶瓷层1，以利用金属粘结层3增强陶瓷层1与金属基体2间的连接强度。且本实施例具体通过超音速火焰喷涂方法或真空等离子喷涂方法制备所述金属粘结层3。同时，本实施例中金属粘结层3的化学组成为MCrAlY(M：Ni，Cr)，使得金属粘结层3具有较高的粘性。
本实施例具体是在马弗炉或真空热处理炉中完成对陶瓷层1的热处理。且在热处理过程中，热处理温度为1000℃，升温速率不高于600℃/h，达到最高温度1000℃后保温时间不少于10小时，之后当陶瓷层1随炉冷却到50℃时，将带有陶瓷层1的金属基体2取出。
本实施例中热障涂层的制备方法，具体依次包括如下步骤：
通过超音速火焰喷涂方法、简称：HVOF或真空等离子喷涂方法、简称：VPS在金属基体2表面制备化学组成为McrAlY(M：Ni，Cr)的金属粘结层3，且金属粘结层3的厚度为0.1～0.5mm；
通过大气等离子喷涂方法、简称APS在金属粘结层3表面制备陶瓷层1；具体地，先在金属粘结层3表面喷涂氧化钇部分稳定氧化锆层12，再在氧化钇部分稳定氧化锆层12的表面喷涂镧镁铝氧层11，陶瓷层1总厚度范围在0.1～1mm，镧镁铝氧层11和氧化钇部分稳定氧化锆层12的厚度相同；
对制备完成的陶瓷层1进行热处理，从而获得热障涂层，以避免涂层服役过程中因热膨胀系数突变导致涂层过早剥落；且热处理在马弗炉中完成，热处理温度为1000℃，升温速率不高于600℃/h，达到最高温度1000℃后保温时间不少于10小时，之后当陶瓷层1随炉冷却到50℃时，将带有陶瓷层1的金属基体2取出；
开展循环氧化试验，对比热处理对涂层循环寿命的影响，循环氧化试验最高温度1100℃，循环周期1小时，试验结果证明热处理后得到的热障涂层的寿命提高约30％。
实施例二
如图2所示，本实施例中陶瓷层1为单层陶瓷层；陶瓷层1包括镧镁铝氧层11。镧镁铝氧(LaMgAl11O19，LaMA)材料具有高温抗烧结性能好等优点，是一种理想的新型热障涂层材料。镧镁铝氧层11中三元化合物遵循的关系式为：La2O3-xMgO-yAl2O3，其中0.2≤x≤3.3，10.0≤y≤13。本热障涂层的制备方法，通过对由镧镁铝氧层11构成的陶瓷层1进行热处理得到热障涂层，在热障涂层正式服役前完成部分无定形相的晶化转变，从而减少热障涂层服役过程中因热膨胀系数突变导致的涂层体积变化，进而避免热障涂层过早剥落。本热障涂层的制备方法能有效改善镧镁铝氧层11过早剥落、失效的问题。
本实施例中热障涂层的制备方法具体依次包括如下步骤：
通过超音速火焰喷涂方法、简称HVOF或真空等离子喷涂方法、简称VPS在金属基体2表面制备化学组成为McrAlY(M：Ni,Cr)的金属粘结层3；
通过大气等离子喷涂方法简称：APS制备陶瓷层1；具体通过大气等离子喷涂方法在金属粘结层3喷涂镧镁铝氧层11；
对制备完成的陶瓷层1进行热处理，以获得热障涂层，即经热处理的陶瓷层1形成热障涂层，以避免涂层服役过程中热膨胀系数突变导致涂层过早剥落；且热处理在马弗炉或真空热处理炉中完成，热处理温度为1100℃，保温时间为2小时，之后陶瓷层1随炉冷却到50℃时，被取出。
本实施例通过对陶瓷层1进行热处理，促使镧镁铝氧层11在人为控制的条件下发生不可逆的无定形相结晶转变，从而减少热障涂层正式服役过程中发生晶化导致的体积变化，进而避免涂层过早剥落，改善热障涂层的使用寿命。本实施例对热处理前后的涂层样品进行热循环寿命对比试验，热处理后得到的热障涂层寿命较未热处理涂层的寿命增加约30％。
实施例三
本实施例在上述实施一的基础上，区别在于具体在热处理过程中，热处理温度为1050℃，保温时间为10小时。
实施例四
本实施例在上述实施一的基础上，区别在于具体在热处理过程中，热处理温度为1050℃，保温时间为5小时。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种热障涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备陶瓷层(1)；
对制备完成的陶瓷层(1)进行热处理，以获得热障涂层。
2.根据权利要求1所述热障涂层的制备方法，其特征在于，所述陶瓷层(1)包括镧镁铝氧层(11)。
3.根据权利要求2所述热障涂层的制备方法，其特征在于，所述陶瓷层(1)还包括氧化钇部分稳定氧化锆层(12)，在制备陶瓷层(1)过程中，需先喷涂氧化钇部分稳定氧化锆层(12)，再在氧化钇部分稳定氧化锆层(12)的表面喷涂镧镁铝氧层(11)。
4.根据权利要求3所述热障涂层的制备方法，其特征在于，所述氧化钇部分稳定氧化锆层(12)的化学成分为：Y2O3：6～8％wt；Zr2O3：90％～94％wt。
5.根据权利要求2或3所述热障涂层的制备方法，其特征在于，所述镧镁铝氧层(11)中化合物遵循的关系式为：La2O3-xMgO-yAl2O3，其中0.2≤x≤3.3，10.0≤y≤13。
6.根据权利要求1所述热障涂层的制备方法，其特征在于，通过大气等离子喷涂方法制备所述陶瓷层(1)。
7.根据权利要求1所述热障涂层的制备方法，其特征在于，需先在金属基体(2)的表面制备金属粘结层(3)，再在金属粘结层(3)的表面制备所述陶瓷层(1)。
8.根据权利要求7所述热障涂层的制备方法，其特征在于，通过超音速火焰喷涂方法或真空等离子喷涂方法制备所述金属粘结层(3)。
9.根据权利要求1所述热障涂层的制备方法，其特征在于，在马弗炉或真空热处理炉中完成热处理。
10.根据权利要求1所述热障涂层的制备方法，其特征在于，在热处理过程中，热处理温度范围为1000℃～1100℃。
CN202010941155.0A 2020-09-09 2020-09-09 一种热障涂层的制备方法 Pending CN111962005A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010941155.0A CN111962005A (zh) 2020-09-09 2020-09-09 一种热障涂层的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010941155.0A CN111962005A (zh) 2020-09-09 2020-09-09 一种热障涂层的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111962005A true CN111962005A (zh) 2020-11-20

Family

ID=73392719

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010941155.0A Pending CN111962005A (zh) 2020-09-09 2020-09-09 一种热障涂层的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111962005A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040038086A1 (en) * 2002-08-21 2004-02-26 Litton David A Thermal barrier coatings with low thermal conductivity
CN102815927A (zh) * 2012-08-27 2012-12-12 哈尔滨工业大学 一种六铝酸盐高发射率热防护涂层及其制备方法
CN105886994A (zh) * 2016-04-13 2016-08-24 西安交通大学 一种制备高性能层级热障涂层体系的方法
US20190161843A1 (en) * 2017-11-28 2019-05-30 Korea Institute Of Ceramic Engineering And Technology Method for preparing a ceramic thermal barrier coating layer having excellent adhesion and thermal durability

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040038086A1 (en) * 2002-08-21 2004-02-26 Litton David A Thermal barrier coatings with low thermal conductivity
CN102815927A (zh) * 2012-08-27 2012-12-12 哈尔滨工业大学 一种六铝酸盐高发射率热防护涂层及其制备方法
CN105886994A (zh) * 2016-04-13 2016-08-24 西安交通大学 一种制备高性能层级热障涂层体系的方法
US20190161843A1 (en) * 2017-11-28 2019-05-30 Korea Institute Of Ceramic Engineering And Technology Method for preparing a ceramic thermal barrier coating layer having excellent adhesion and thermal durability

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孙俊彬: "稀土六铝酸盐热障涂层失效机理研究", 《中国优秀博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6106959A (en) Multilayer thermal barrier coating systems
US5236745A (en) Method for increasing the cyclic spallation life of a thermal barrier coating
US4861618A (en) Thermal barrier coating system
US7998601B2 (en) Sandwich thermal insulation layer system and method for production
US6730413B2 (en) Thermal barrier coating
EP1627862A1 (en) Ceramic compositions for thermal barrier coatings with improved mechanical properties
JPH01279781A (ja) セラミック被覆耐熱部材
JPH0251978B2 (zh)
CN113584419B (zh) 用于TiAl合金表面的热障涂层及其制备方法
JP4612955B2 (ja) 断熱被覆
EP1908857A2 (en) Method for forming a thermal barrier coating
US20080292873A1 (en) Method for Providing a Thermal Barrier Coating and Substrate Having Such Coating
JPS63118059A (ja) 断熱コーティング法及びガスタービン燃焼器
JPH06306640A (ja) 高温被曝材料
GB2159838A (en) Surface strengthening of overlay coatings
WO1992005298A1 (en) Columnar ceramic thermal barrier coating with improved adherence
CN111962005A (zh) 一种热障涂层的制备方法
JPS61174385A (ja) セラミツク被覆耐熱部材及びその製造方法
JPH0657399A (ja) 金属基材へのセラミックのコーティング方法
US7943247B2 (en) Insulating material capable of withstanding cyclically varying high temperatures
JP5967534B2 (ja) 熱遮蔽被膜の形成方法および熱遮蔽被膜被覆部材
JPS62211387A (ja) セラミツク被覆耐熱部材の製造方法
JP3411823B2 (ja) 高温部材およびその製造方法
CN211079339U (zh) 一种具有长寿命的热障涂层
JPS62211390A (ja) セラミツク被覆耐熱部材およびその製造方法

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20201120