CN113025946A - 一种氧化锆热障涂层的制备方法 - Google Patents
一种氧化锆热障涂层的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113025946A CN113025946A CN202110239082.5A CN202110239082A CN113025946A CN 113025946 A CN113025946 A CN 113025946A CN 202110239082 A CN202110239082 A CN 202110239082A CN 113025946 A CN113025946 A CN 113025946A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- stabilized zirconia
- yttrium oxide
- spraying
- powder
- yttria
- 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
Links
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 180
- 239000012720 thermal barrier coating Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 186
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 137
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 125
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 claims abstract description 72
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 68
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 38
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 91
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 76
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 45
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 40
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 38
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 38
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 38
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 38
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 38
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 15
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 claims description 14
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 13
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 13
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 12
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 12
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 11
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 claims description 6
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000010290 vacuum plasma spraying Methods 0.000 claims description 4
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 25
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 25
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 8
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 5
- 230000035939 shock Effects 0.000 abstract description 4
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 abstract description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000005328 electron beam physical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010285 flame spraying Methods 0.000 description 2
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
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
- C23C4/134—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
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
本发明提供了一种氧化锆热障涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)基体表面设置粘结层；(2)步骤(1)所述粘结层表面等离子喷涂球形空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末，得到所述氧化锆热障涂层；所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的外部为致密的壳体，内部为空心结构。本发明提供的氧化锆热障涂层在1200℃的条件下具有与金属过渡层更接近的热膨胀系数，有利于减小涂层在形成和使用过程中的热应力，改善涂层的抗热震性能；而且，本发明所得热障涂层由于晶粒尺寸的减小、晶界随之增多，在晶界和两相邻熔滴界面处越容易发生光散射，这等效于平均自由程的减小，将有助于降低纳米氧化锆涂层的导热性能，从而提高涂层隔热性能。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，涉及一种热障涂层的制备方法，尤其涉及转移一种氧化锆热障涂层的制备方法。
背景技术
航空发动机热端部件的高温防护是航空发动机制造中的关键技术之一，热障涂层是采用耐高温、低导热的陶瓷材料以涂层的形式与高温合金相复合、以降低高温环境下金属表面温度的一种热防护技术。从开始研究到实际应用的几十年间，热障涂层的制备工艺不断得到改进，出现了很多热障涂层制备技术，如磁控溅射、高速火焰喷涂、化学气相沉积(CVD)、等离子喷涂(PS)、电子束物理气相沉积(PVD)及其复合制备技术。
热障涂层的隔热性能与涂层制备材料的选取、涂层结构的布置、制备工艺以及工作环境等密切相关。材料的微观结构对涂层的热传导有着很大的影响，陶瓷涂层材料总的热传递方式由声子热传导和光子辐射组成，其中的声子热传导起主要作用。材料的成分、显微组织结构等能够对声子和光子的平均自由程产生一定的影响，从而最终影响材料的热导率。
CN 102094164A公开了一种纳米氧化锆热障涂层及制备方法，其特点是纳米氧化锆热障涂层分为粘结层和陶瓷层，其中粘结层采用超音速火焰喷涂制备NiCrAlY；陶瓷层采用等离子喷涂制备ZrO2/Y2O3层，陶瓷层为含有5-8％氧化钇的部分稳定的纳米氧化锆，氧化锆粉末为纳米级。
其采用的氧化锆的热导率相对较低，膨胀系数较高，同时具有优良的力学性能与断裂韧性，还具有小的热辐射率和高反射率。但氧化锆由四方相转变为单斜相时，会伴随4-6％的体积增大效应，反复造成的应力积累会导致裂纹的形成，而掺杂氧化钇能够得到氧化钇稳定氧化锆。但普通的氧化钇稳定氧化锆的膨胀系数仍然较低。
氧化钇稳定氧化锆的导热系数是其本身致密度的函数，导热系数随着孔隙率的增加而减小；晶粒尺寸与导热系数也有一定的关系，晶粒尺寸越小，晶界增多则导热系数越低，纳米材料的尺寸减小，则晶界较多，能够对声子传播产生强烈的散射作用。
氧化钇稳定氧化锆热障涂层的常用方法包括电子束物理气相沉积与等离子喷涂。电子束物理气相沉积能够得到致密性良好的氧化钇稳定氧化锆热障涂层，但涂层形成柱状晶，生长方向与热传导的方向一致，使热传导更容易进行，导致涂层的导热系数高，且柱状晶的间隙也存在有害气体渗入的可能性。等离子喷涂由于原料粉末尺寸小、质量差、流动性差，不适用于直接喷涂，而传统的烧结致密化过程则不可避免的存在材料损失大的问题。
CN 107699840A公开了一种多孔氧化锆热障涂层的制备方法，包括如下步骤：(1)采用氧化钇稳定的纳米氧化锆粉末，将纳米氧化锆粉末与高分子聚合物造孔剂混合，再均匀混合入粘结剂，由此配置得到用于热喷涂的氧化锆基复合粉；(2)对所需涂层的金属基体材料表面进行喷砂处理，再在喷砂处理后的金属基体材料表面喷涂一层粘结层材料底层，由此完成金属基材料预处理；(3)采用热喷涂的方法，将第一步中配置得到的用于热喷涂的氧化锆基复合粉喷涂在经过预处理的金属基体材料表面，制备成多孔氧化锆热障涂层；(4)对多孔氧化锆热障涂层加热，完成热处理，得到多孔氧化锆热障涂层。
上述制备方法得到的多孔氧化锆热障涂层虽然具有较低的导热系数，但由于隔热材料的膨胀系数较低，使隔热材料与合金基体的膨胀系数相差较大，涂层长期使用存在易开裂的问题。
对此，需要提供一种工艺流程简单、易操作、生产成本低廉，且能够得到高热膨胀系数与低导温系数的氧化锆热障涂层的制备方法，使制备得到的氧化锆热障涂层具有良好的高温防护性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化锆热障涂层的制备方法，所述氧化锆热障涂层的制备方法操作简单、成本低廉，能够实现氧化锆热障涂层的制备，且制备得到的氧化锆热障涂层具有11×10-6℃-1以上的热膨胀系数，以及低于2.54×10-3cm2/s以下的导温系数，有利于工业化应用。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种氧化锆热障涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)基体表面设置粘结层；
(2)步骤(1)所述粘结层表面等离子喷涂球形空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末，得到所述氧化锆热障涂层；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的外部为致密的壳体，内部为空心结构。
本发明通过等离子喷涂球形空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末，利用等离子喷涂工艺快速加热与急剧冷却的两大特性，使所得氧化锆热障涂层中氧化钇稳定氧化锆的粒径分布在30-120nm之间，且晶粒发育良好，晶界清晰。沿氧化锆热障涂层厚度方向，柱状晶紧密堆积，柱状晶的直径在60-100nm之间，长度在50-250nm之间。
本发明所述制备方法能够得到具有上述特征的氧化锆热障涂层，所得氧化锆热障涂层在1200℃的温度下具有11×10-6℃-1以上的膨胀系数以及2.54×10-3cm2/s以下的导温系数，因此所得氧化锆热障涂层能够在1100℃以上的温度下稳定发挥隔热作用，便于工业化应用。
优选地，步骤(2)所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的粒径范围为5-150μm。本发明所述粒径范围为5-150μm是指，所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的最小粒径不小于5μm，最大粒径不超过150μm。
优选地，步骤(2)所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的粒径范围为15-45μm。
优选地，步骤(2)所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末由氧化钇与氧化锆组成。
优选地，以质量百分数计，所述氧化钇的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的3-80％，氧化锆的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的20-97％。
本发明所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末中氧化钇的质量百分数为3-80％，例如可以是3％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％或80％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末中氧化锆的质量百分数为20-97％，例如可以是20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或97％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的制备方法包括如下步骤：
(a)喷雾干燥纳米氧化钇稳定氧化锆浆料，煅烧处理，得到球形氧化钇稳定氧化锆粉末；
(b)等离子体球化处理步骤(a)所得球形氧化钇稳定氧化锆粉末，得到所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末。
由上述方法制备得到的空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的颗粒粒度小且粒度分布范围窄，具有高颗粒密度、低气孔率和较高粘结强度的特点，这将优化等离子喷涂涂层的显微结构，提高涂层的抗热震性能。
优选地，步骤(a)所述纳米氧化钇稳定氧化锆浆料由纳米氧化钇稳定氧化锆原料粉末、有机粘合剂以及水混合而成。
优选地，所述纳米氧化钇稳定氧化锆原料粉末的范围粒径为10-100nm，即纳米氧化钇稳定氧化锆原料粉末的最小粒径不低于10nm，最大粒径不超过100nm。
优选地，步骤(a)所述纳米氧化钇稳定氧化锆浆料的固含量为85-90wt％，例如可以是85wt％、86wt％、87wt％、88wt％、89wt％或90wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(a)所述纳米氧化钇稳定氧化锆浆料中有机粘合剂的质量分数为3-5wt％，例如可以是3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％或5wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述有机粘合剂包括聚乙烯醇和/或聚乙烯亚胺。
优选地，步骤(a)所述喷雾干燥的温度为250-350℃，例如可以是250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃或350℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(a)所得球形氧化钇稳定氧化锆粉末的粒径范围为15-45μm，即所得球形氧化钇稳定氧化锆粉末最小粒径不低于15μm，最大粒径不超过45μm。
本发明不对煅烧处理的参数做具体限定，只要能够使所得球形氧化钇稳定氧化锆粉末的粒径范围为15-45μm即可。
优选地，步骤(b)所述等离子体球化的工艺参数为：氩气流量35-45slpm，氢气流量为8-12slpm，喷涂距离为150-180mm，喷涂功率为40-45kW，载气流量3-5slpm，送粉量为15-25g/min。
本发明所述等离子体球化处理为将球形氧化钇稳定氧化锆粉末采用等离子火焰喷射在带有冷却装置的收集装置中，熔融体外部因急剧冷凝成致密的外壳，空气则封闭在球心，即获得球形空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末。
本发明所述等离子体球化的氩气流量为35-45slpm，例如可以是35slpm、36slpm、37slpm、38slpm、39slpm、40slpm、41slpm、42slpm、43slpm、44slpm或45slpm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明所述等离子体球化的氢气流量为8-12slpm，例如可以是8slpm、9slpm、10slpm、11slpm或12slpm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明所述等离子体球化的喷涂距离为150-180mm，例如可以是150mm、155mm、160mm、165mm、170mm、175mm或180mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明所述等离子体球化的喷涂功率为40-45kW，例如可以是40kW、41kW、42kW、43kW、44kW或45kW，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明所述等离子体球化的载气流量为3-5slpm，例如可以是3slpm、3.5slpm、4slpm、4.5slpm或5slpm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明所述等离子体球化的送粉量为15-25g/min，例如可以是15g/min、16g/min、17g/min、18g/min、19g/min、20g/min、21g/min、22g/min、23g/min、24g/min或25g/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述等离子喷涂包括大气等离子喷涂、真空等离子喷涂或超音速等离子喷涂中的任意一种，优选为大气等离子喷涂。
优选地，所述大气等离子喷涂的工艺参数为：氩气流量35-55slpm，氢气流量为5-15slpm，喷涂距离为90-150mm，喷涂功率为30-55kW，载气流量为2-8slpm，送粉量为10-30g/min。
上述大气等离子喷涂的氩气流量为35-55slpm，例如可以是35slpm、40slpm、45slpm、50slpm或55slpm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
上述大气等离子喷涂的氢气流量为5-15slpm，例如可以是5slpm、8slpm、9slpm、10slpm、11slpm、12slpm或15slpm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
上述大气等离子喷涂的喷涂距离为90-150mm，例如可以是90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm或150mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
上述大气等离子喷涂的喷涂功率为30-55kW，例如可以是30kW、35kW、40kW、45kW、50kW或55kW，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
上述大气等离子喷涂的载气流量为2-8slpm，例如可以是2slpm、3slpm、4slpm、5slpm、6slpm、7slpm或8slpm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
上述大气等离子喷涂的送粉量为10-30g/min，例如可以是10g/min、15g/min、20g/min、25g/min或30g/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述粘结层的厚度为80-120μm，例如可以是80μm、90μm、100μm、110μm或120μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述粘结层为MCrAlY粘结层，M包括Ni、Co或Ta中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括Ni与Co的组合，Co与Ta的组合，Ni与Ta的组合，或Ni、Co与Ta的组合。
优选地，以质量百分含量计，MCrAlY中Cr的质量百分含量为20-40wt％，Al的质量百分含量为5-15wt％，Y的质量百分含量为0.5-1.5wt％，余量为M。
本发明所述MCrAlY中Cr的质量百分含量为20-40wt％，例如可以是20wt％、25wt％、30wt％、35wt％或40wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明所述MCrAlY中Al的质量百分含量为5-15wt％，例如可以是5wt％、8wt％、10wt％、12wt％或15wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明所述MCrAlY中Y的质量百分含量为0.5-1.5wt％，例如可以是0.5wt％、0.8wt％、1wt％、1.2wt％或1.5wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述设置粘结层的方法包括大气等离子喷涂、真空等离子喷涂或超音速等离子喷涂中的任意一种，优选为大气等离子喷涂。
优选地，步骤(1)所述设置粘结层的参数为：氩气流量40-60slpm，氢气流量为8-10slpm，喷涂距离为120-150mm，喷涂电流为450-550A，喷涂电压为50-80V，载气流量为6-10slpm，送粉量为35-45g/min。
本发明设置粘结层的氩气流量为40-60slpm，例如可以是40slpm、45slpm、50slpm、55slpm或60slpm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明设置粘结层的氢气流量为8-10slpm，例如可以是8slpm、8.5slpm、9slpm、9.5slpm或10slpm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明设置粘结层的喷涂距离为120-150mm，例如可以是120mm、125mm、130mm、135mm、140mm或150mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明设置粘结层的喷涂电流为450-550A，例如可以是450A、460A、470A、480A、490A、500A、510A、520A、530A、540A或550A，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明设置粘结层的喷涂电压为50-80V，例如可以是50V、55V、60V、65V、70V、75V或80V，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明设置粘结层的载气流量为6-10slpm，例如可以是6slpm、7slpm、8slpm、9slpm或10slpm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明设置粘结层的送粉量为35-45g/min，例如可以是35g/min、38g/min、40g/min、42g/min或45g/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明所述制备方法的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(1)基体表面大气等离子喷涂厚度为80-120μm的MCrAlY粘结层，其中M包括Ni、Co或Ta中的任意一种或至少两种的组合；大气等离子喷涂的参数为：氩气流量40-60slpm，氢气流量为8-10slpm，喷涂距离为120-150mm，喷涂电流为450-550A，喷涂电压为50-80V，载气流量为6-10slpm，送粉量为35-45g/min；
(2)步骤(1)所述粘结层表面大气等离子喷涂粒径为5-150μm的球形空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末，得到所述氧化锆热障涂层；所述大气等离子喷涂的工艺参数为：氩气流量35-55slpm，氢气流量为5-15slpm，喷涂距离为90-150mm，喷涂功率为30-55kW，载气流量为2-8slpm，送粉量为10-30g/min；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的外部为致密的壳体，内部为空心结构；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末由氧化钇与氧化锆组成，以质量百分数计，所述氧化钇的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的3-80％，氧化锆的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的20-97％；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的制备方法包括如下步骤：
(a)250-350℃的条件下喷雾干燥纳米氧化钇稳定氧化锆浆料，煅烧处理，得到粒径范围为15-45μm的球形氧化钇稳定氧化锆粉末；
(b)等离子体球化处理步骤(a)所得球形氧化钇稳定氧化锆粉末，得到所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末；所述等离子体球化的工艺参数为：氩气流量35-45slpm，氢气流量为8-12slpm，喷涂距离为150-180mm，喷涂功率为40-45kW，载气流量3-5slpm，送粉量为15-25g/min；
步骤(a)所述纳米氧化钇稳定氧化锆浆料由粒径范围为10-100nm的纳米氧化钇稳定氧化锆原料粉末、有机粘合剂以及水混合而成，纳米氧化钇稳定氧化锆浆料的固含量为85-90wt％；纳米氧化钇稳定氧化锆浆料中有机粘合剂的质量分数为3-5wt％。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的氧化锆热障涂层在1200℃的条件下具有与金属过渡层更接近的热膨胀系数，有利于减小涂层在形成和使用过程中的热应力，改善涂层的抗热震性能；而且，本发明所得热障涂层由于晶粒尺寸的减小、晶界随之增多，在晶界和两相邻熔滴界面处越容易发生光散射，这等效于平均自由程的减小，将有助于降低纳米氧化锆涂层的导热性能，从而提高涂层隔热性能。
附图说明
图1为本发明所得球形空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种氧化锆热障涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)基体表面大气等离子喷涂厚度为100μm的NiCrAlY粘结层；大气等离子喷涂的参数为：氩气流量50slpm，氢气流量为9slpm，喷涂距离为130mm，喷涂电流为500A，喷涂电压为60V，载气流量为8slpm，送粉量为40g/min；以质量百分含量计，NiCrAlY中Cr的质量百分含量为30wt％，Al的质量百分含量为10wt％，Y的质量百分含量为1wt％，余量为Ni；
(2)步骤(1)所述粘结层表面大气等离子喷涂粒径范围为15-45μm的球形空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末，得到厚度为250μm的氧化锆热障涂层；所述大气等离子喷涂的工艺参数为：氩气流量42slpm，氢气流量为12slpm，喷涂距离为120mm，喷涂功率为45kW，载气流量为3.5slpm，送粉量为20g/min；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的结构示意图如图1所示，外部为致密的壳体，内部为空心结构；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末由氧化钇与氧化锆组成，以质量百分数计，所述氧化钇的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的50％，氧化锆的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的50％；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的制备方法包括如下步骤：
(a)300℃的条件下喷雾干燥纳米氧化钇稳定氧化锆浆料，煅烧处理，得到粒径范围为15-45μm的球形氧化钇稳定氧化锆粉末；
(b)等离子体球化处理步骤(a)所得球形氧化钇稳定氧化锆粉末，得到所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末；所述等离子体球化的工艺参数为：氩气流量40slpm，氢气流量为10slpm，喷涂距离为160mm，喷涂功率为42kW，载气流量4slpm，送粉量为20g/min；
步骤(a)所述纳米氧化钇稳定氧化锆浆料由粒径范围为10-100nm的纳米氧化钇稳定氧化锆原料粉末、聚乙烯醇以及水混合而成，纳米氧化钇稳定氧化锆浆料的固含量为88wt％；纳米氧化钇稳定氧化锆浆料中聚乙烯醇的质量分数为4wt％。
实施例2
本实施例提供了一种氧化锆热障涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)基体表面大气等离子喷涂厚度为100μm的NiCrAlY粘结层；大气等离子喷涂的参数为：氩气流量50slpm，氢气流量为9slpm，喷涂距离为130mm，喷涂电流为500A，喷涂电压为60V，载气流量为8slpm，送粉量为40g/min；以质量百分含量计，NiCrAlY中Cr的质量百分含量为30wt％，Al的质量百分含量为10wt％，Y的质量百分含量为1wt％，余量为Ni；
(2)步骤(1)所述粘结层表面大气等离子喷涂粒径范围为15-45μm的球形空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末，得到厚度为250μm的氧化锆热障涂层；所述大气等离子喷涂的工艺参数为：氩气流量35slpm，氢气流量为5slpm，喷涂距离为90mm，喷涂功率为30kW，载气流量为2slpm，送粉量为10g/min；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的结构示意图如图1所示，外部为致密的壳体，内部为空心结构；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末由氧化钇与氧化锆组成，以质量百分数计，所述氧化钇的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的50％，氧化锆的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的50％；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的制备方法包括如下步骤：
(a)300℃的条件下喷雾干燥纳米氧化钇稳定氧化锆浆料，煅烧处理，得到粒径范围为15-45μm的球形氧化钇稳定氧化锆粉末；
(b)等离子体球化处理步骤(a)所得球形氧化钇稳定氧化锆粉末，得到所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末；所述等离子体球化的工艺参数为：氩气流量40slpm，氢气流量为10slpm，喷涂距离为160mm，喷涂功率为42kW，载气流量4slpm，送粉量为20g/min；
步骤(a)所述纳米氧化钇稳定氧化锆浆料由粒径范围为10-100nm的纳米氧化钇稳定氧化锆原料粉末、聚乙烯醇以及水混合而成，纳米氧化钇稳定氧化锆浆料的固含量为88wt％；纳米氧化钇稳定氧化锆浆料中聚乙烯醇的质量分数为4wt％。
实施例3
本实施例提供了一种氧化锆热障涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)基体表面大气等离子喷涂厚度为100μm的NiCrAlY粘结层；大气等离子喷涂的参数为：氩气流量50slpm，氢气流量为9slpm，喷涂距离为130mm，喷涂电流为500A，喷涂电压为60V，载气流量为8slpm，送粉量为40g/min；以质量百分含量计，NiCrAlY中Cr的质量百分含量为30wt％，Al的质量百分含量为10wt％，Y的质量百分含量为1wt％，余量为Ni；
(2)步骤(1)所述粘结层表面大气等离子喷涂粒径范围为15-45μm的球形空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末，得到厚度为250μm的氧化锆热障涂层；所述大气等离子喷涂的工艺参数为：氩气流量55slpm，氢气流量为15slpm，喷涂距离为150mm，喷涂功率为55kW，载气流量为8slpm，送粉量为30g/min；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的结构示意图如图1所示，外部为致密的壳体，内部为空心结构；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末由氧化钇与氧化锆组成，以质量百分数计，所述氧化钇的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的50％，氧化锆的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的50％；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的制备方法包括如下步骤：
(a)300℃的条件下喷雾干燥纳米氧化钇稳定氧化锆浆料，煅烧处理，得到粒径范围为15-45μm的球形氧化钇稳定氧化锆粉末；
(b)等离子体球化处理步骤(a)所得球形氧化钇稳定氧化锆粉末，得到所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末；所述等离子体球化的工艺参数为：氩气流量40slpm，氢气流量为10slpm，喷涂距离为160mm，喷涂功率为42kW，载气流量4slpm，送粉量为20g/min；
步骤(a)所述纳米氧化钇稳定氧化锆浆料由粒径范围为10-100nm的纳米氧化钇稳定氧化锆原料粉末、聚乙烯醇以及水混合而成，纳米氧化钇稳定氧化锆浆料的固含量为88wt％；纳米氧化钇稳定氧化锆浆料中聚乙烯醇的质量分数为4wt％。
实施例4
本实施例提供了一种氧化锆热障涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)基体表面大气等离子喷涂厚度为100μm的NiCrAlY粘结层；大气等离子喷涂的参数为：氩气流量50slpm，氢气流量为9slpm，喷涂距离为130mm，喷涂电流为500A，喷涂电压为60V，载气流量为8slpm，送粉量为40g/min；以质量百分含量计，NiCrAlY中Cr的质量百分含量为30wt％，Al的质量百分含量为10wt％，Y的质量百分含量为1wt％，余量为Ni；
(2)步骤(1)所述粘结层表面大气等离子喷涂粒径范围为15-45μm的球形空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末，得到厚度为250μm的氧化锆热障涂层；所述大气等离子喷涂的工艺参数为：氩气流量42slpm，氢气流量为12slpm，喷涂距离为120mm，喷涂功率为45kW，载气流量为3.5slpm，送粉量为20g/min；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的结构示意图如图1所示，外部为致密的壳体，内部为空心结构；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末由氧化钇与氧化锆组成，以质量百分数计，所述氧化钇的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的50％，氧化锆的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的50％；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的制备方法包括如下步骤：
(a)300℃的条件下喷雾干燥纳米氧化钇稳定氧化锆浆料，煅烧处理，得到粒径范围为15-45μm的球形氧化钇稳定氧化锆粉末；
(b)等离子体球化处理步骤(a)所得球形氧化钇稳定氧化锆粉末，得到所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末；所述等离子体球化的工艺参数为：氩气流量35slpm，氢气流量为8slpm，喷涂距离为150mm，喷涂功率为40kW，载气流量3slpm，送粉量为15g/min；
步骤(a)所述纳米氧化钇稳定氧化锆浆料由粒径范围为10-100nm的纳米氧化钇稳定氧化锆原料粉末、聚乙烯醇以及水混合而成，纳米氧化钇稳定氧化锆浆料的固含量为88wt％；纳米氧化钇稳定氧化锆浆料中聚乙烯醇的质量分数为4wt％。
实施例5
本实施例提供了一种氧化锆热障涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)基体表面大气等离子喷涂厚度为100μm的NiCrAlY粘结层；大气等离子喷涂的参数为：氩气流量50slpm，氢气流量为9slpm，喷涂距离为130mm，喷涂电流为500A，喷涂电压为60V，载气流量为8slpm，送粉量为40g/min；以质量百分含量计，NiCrAlY中Cr的质量百分含量为30wt％，Al的质量百分含量为10wt％，Y的质量百分含量为1wt％，余量为Ni；
(2)步骤(1)所述粘结层表面大气等离子喷涂粒径范围为15-45μm的球形空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末，得到厚度为250μm的氧化锆热障涂层；所述大气等离子喷涂的工艺参数为：氩气流量42slpm，氢气流量为12slpm，喷涂距离为120mm，喷涂功率为45kW，载气流量为3.5slpm，送粉量为20g/min；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的结构示意图如图1所示，外部为致密的壳体，内部为空心结构；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末由氧化钇与氧化锆组成，以质量百分数计，所述氧化钇的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的50％，氧化锆的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的50％；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的制备方法包括如下步骤：
(a)300℃的条件下喷雾干燥纳米氧化钇稳定氧化锆浆料，煅烧处理，得到粒径范围为15-45μm的球形氧化钇稳定氧化锆粉末；
(b)等离子体球化处理步骤(a)所得球形氧化钇稳定氧化锆粉末，得到所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末；所述等离子体球化的工艺参数为：氩气流量45slpm，氢气流量为12slpm，喷涂距离为180mm，喷涂功率为45kW，载气流量5slpm，送粉量为25g/min；
步骤(a)所述纳米氧化钇稳定氧化锆浆料由粒径范围为10-100nm的纳米氧化钇稳定氧化锆原料粉末、聚乙烯醇以及水混合而成，纳米氧化钇稳定氧化锆浆料的固含量为88wt％；纳米氧化钇稳定氧化锆浆料中聚乙烯醇的质量分数为4wt％。
实施例6
本实施例提供了一种氧化锆热障涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)基体表面大气等离子喷涂厚度为100μm的NiCrAlY粘结层；大气等离子喷涂的参数为：氩气流量40slpm，氢气流量为8slpm，喷涂距离为120mm，喷涂电流为450A，喷涂电压为50V，载气流量为6slpm，送粉量为35g/min；以质量百分含量计，NiCrAlY中Cr的质量百分含量为20wt％，Al的质量百分含量为15wt％，Y的质量百分含量为1.5wt％，余量为Ni；
(2)步骤(1)所述粘结层表面大气等离子喷涂粒径范围为15-45μm的球形空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末，得到厚度为250μm的氧化锆热障涂层；所述大气等离子喷涂的工艺参数为：氩气流量42slpm，氢气流量为12slpm，喷涂距离为120mm，喷涂功率为45kW，载气流量为3.5slpm，送粉量为20g/min；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的结构示意图如图1所示，外部为致密的壳体，内部为空心结构；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末由氧化钇与氧化锆组成，以质量百分数计，所述氧化钇的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的50％，氧化锆的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的50％；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的制备方法包括如下步骤：
(a)250℃的条件下喷雾干燥纳米氧化钇稳定氧化锆浆料，煅烧处理，得到粒径范围为15-45μm的球形氧化钇稳定氧化锆粉末；
(b)等离子体球化处理步骤(a)所得球形氧化钇稳定氧化锆粉末，得到所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末；所述等离子体球化的工艺参数为：氩气流量40slpm，氢气流量为10slpm，喷涂距离为160mm，喷涂功率为42kW，载气流量4slpm，送粉量为20g/min；
步骤(a)所述纳米氧化钇稳定氧化锆浆料由粒径范围为10-100nm的纳米氧化钇稳定氧化锆原料粉末、聚乙烯亚胺以及水混合而成，纳米氧化钇稳定氧化锆浆料的固含量为85wt％；纳米氧化钇稳定氧化锆浆料中聚乙烯亚胺的质量分数为3wt％。
实施例7
本实施例提供了一种氧化锆热障涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)基体表面大气等离子喷涂厚度为100μm的NiCrAlY粘结层；大气等离子喷涂的参数为：氩气流量60slpm，氢气流量为10slpm，喷涂距离为150mm，喷涂电流为550A，喷涂电压为80V，载气流量为10slpm，送粉量为45g/min；以质量百分含量计，NiCrAlY中Cr的质量百分含量为40wt％，Al的质量百分含量为5wt％，Y的质量百分含量为0.5wt％，余量为Ni；
(2)步骤(1)所述粘结层表面大气等离子喷涂粒径范围为15-45μm的球形空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末，得到厚度为250μm的氧化锆热障涂层；所述大气等离子喷涂的工艺参数为：氩气流量42slpm，氢气流量为12slpm，喷涂距离为120mm，喷涂功率为45kW，载气流量为3.5slpm，送粉量为20g/min；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的结构示意图如图1所示，外部为致密的壳体，内部为空心结构；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末由氧化钇与氧化锆组成，以质量百分数计，所述氧化钇的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的50％，氧化锆的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的50％；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的制备方法包括如下步骤：
(a)350℃的条件下喷雾干燥纳米氧化钇稳定氧化锆浆料，煅烧处理，得到粒径范围为15-45μm的球形氧化钇稳定氧化锆粉末；
(b)等离子体球化处理步骤(a)所得球形氧化钇稳定氧化锆粉末，得到所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末；所述等离子体球化的工艺参数为：氩气流量40slpm，氢气流量为10slpm，喷涂距离为160mm，喷涂功率为42kW，载气流量4slpm，送粉量为20g/min；
步骤(a)所述纳米氧化钇稳定氧化锆浆料由粒径范围为10-100nm的纳米氧化钇稳定氧化锆原料粉末、聚乙烯亚胺以及水混合而成，纳米氧化钇稳定氧化锆浆料的固含量为90wt％；纳米氧化钇稳定氧化锆浆料中聚乙烯亚胺的质量分数为5wt％。
实施例8
本实施例提供了一种氧化锆热障涂层的制备方法，除将步骤(1)所述Ni等摩尔量替换为Co外，其余均与实施例1相同。
实施例9
本实施例提供了一种氧化锆热障涂层的制备方法，除将步骤(1)所述Ni等摩尔量替换为Ta外，其余均与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供了一种氧化锆热障涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)基体表面大气等离子喷涂厚度为100μm的NiCrAlY粘结层；大气等离子喷涂的参数为：氩气流量50slpm，氢气流量为9slpm，喷涂距离为130mm，喷涂电流为500A，喷涂电压为60V，载气流量为8slpm，送粉量为40g/min；以质量百分含量计，NiCrAlY中Cr的质量百分含量为30wt％，Al的质量百分含量为10wt％，Y的质量百分含量为1wt％，余量为Ni；
(2)步骤(1)所述粘结层表面大气等离子喷涂粒径范围为15-45μm的球形氧化钇稳定氧化锆粉末，得到厚度为250μm的氧化锆热障涂层；所述大气等离子喷涂的工艺参数为：氩气流量42slpm，氢气流量为12slpm，喷涂距离为120mm，喷涂功率为45kW，载气流量为3.5slpm，送粉量为20g/min；
所述球形氧化钇稳定氧化锆粉末由氧化钇与氧化锆组成，以质量百分数计，所述氧化钇的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的50％，氧化锆的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的50％；
所述球形氧化钇稳定氧化锆粉末的制备方法包括如下步骤：喷雾干燥纳米氧化钇稳定氧化锆浆料，煅烧处理，得到球形氧化钇稳定氧化锆粉末。
对实施例1-9以及对比例1提供的氧化锆热障涂层在1200℃下的热膨胀系数以及导温系数进行测定。
所述热膨胀系数的测定在402ES-3型高温电子膨胀仪(Netgsch，Germany)上进行。样品尺寸为5mm×2mm×50mm；升温速率为5℃/min；测试温度范围：室温至1200℃；测试在大气条件下进行；样品自然冷却至室温后按同样的方法进行第二遍测试，测试结果取两次测试的平均值；
所述导温系数采用闪烁激光导热法(laser-flash diffusivity method)测试，样品为直径10.2mm，厚1.3mm的圆片；测试温度范围为200－1200℃。为了使涂层样品充分吸收辐照在表面的激光能量，防止漏光和样品内部的散射损失及方便测定涂层样品背面的瞬间温度。测试前，在涂层样品表面涂上一层碳膜。导温系数测试的最高温度为1200℃，并分别测定氧化锆涂层在升温和冷却过程中的导温系数。
所得结果如表1所示。
表1
综上所述，本发明利用等离子喷涂工艺快速加热与急剧冷却的两大特性，使所得氧化锆热障涂层中氧化钇稳定氧化锆的粒径分布在30-120nm之间，且晶粒发育良好，晶界清晰。沿氧化锆热障涂层厚度方向，柱状晶紧密堆积，柱状晶的直径在60-100nm之间，长度在50-250nm之间。
而且，本发明提供的氧化锆热障涂层在1200℃的条件下具有与金属过渡层更接近的热膨胀系数，有利于减小涂层在形成和使用过程中的热应力，改善涂层的抗热震性能；而且，本发明所得热障涂层由于晶粒尺寸的减小、晶界随之增多，在晶界和两相邻熔滴界面处越容易发生光散射，这等效于平均自由程的减小，将有助于降低纳米氧化锆涂层的导热性能，从而提高涂层隔热性能，使其更易进行工业化应用。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种氧化锆热障涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)基体表面设置粘结层；
(2)步骤(1)所述粘结层表面等离子喷涂球形空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末，得到所述氧化锆热障涂层；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的外部为致密的壳体，内部为空心结构。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的粒径范围为5-150μm，优选为15-45μm；
优选地，步骤(2)所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末由氧化钇与氧化锆组成；
优选地，以质量百分数计，所述氧化钇的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的3-80％，氧化锆的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的20-97％。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的制备方法包括如下步骤：
(a)喷雾干燥纳米氧化钇稳定氧化锆浆料，煅烧处理，得到球形氧化钇稳定氧化锆粉末；
(b)等离子体球化处理步骤(a)所得球形氧化钇稳定氧化锆粉末，得到所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)所述纳米氧化钇稳定氧化锆浆料由纳米氧化钇稳定氧化锆原料粉末、有机粘合剂以及水混合而成；
优选地，所述纳米氧化钇稳定氧化锆原料粉末的粒径范围为10-100nm；
优选地，步骤(a)所述纳米氧化钇稳定氧化锆浆料的固含量为85-90wt％；
优选地，步骤(a)所述纳米氧化钇稳定氧化锆浆料中有机粘合剂的质量分数为3-5wt％；
优选地，所述有机粘合剂包括聚乙烯醇和/或聚乙烯亚胺。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)所述喷雾干燥的温度为250-350℃；
优选地，步骤(a)所得球形氧化钇稳定氧化锆粉末的粒径范围为15-45μm。
6.根据权利要求3-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(b)所述等离子体球化的工艺参数为：氩气流量35-45slpm，氢气流量为8-12slpm，喷涂距离为150-180mm，喷涂功率为40-45kW，载气流量3-5slpm，送粉量为15-25g/min。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述等离子喷涂包括大气等离子喷涂、真空等离子喷涂或超音速等离子喷涂中的任意一种，优选为大气等离子喷涂；
优选地，所述大气等离子喷涂的工艺参数为：氩气流量35-55slpm，氢气流量为5-15slpm，喷涂距离为90-150mm，喷涂功率为30-55kW，载气流量为2-8slpm，送粉量为10-30g/min。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述粘结层的厚度为80-120μm。
9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述粘结层为MCrAlY粘结层，M包括Ni、Co或Ta中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，以质量百分含量计，MCrAlY中Cr的质量百分含量为20-40wt％，Al的质量百分含量为5-15wt％，Y的质量百分含量为0.5-1.5wt％，余量为M；
优选地，步骤(1)所述设置粘结层的方法包括大气等离子喷涂、真空等离子喷涂或超音速等离子喷涂中的任意一种，优选为大气等离子喷涂；
优选地，步骤(1)所述设置粘结层的参数为：氩气流量40-60slpm，氢气流量为8-10slpm，喷涂距离为120-150mm，喷涂电流为450-550A，喷涂电压为50-80V，载气流量为6-10slpm，送粉量为35-45g/min。
10.根据权利要求1-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)基体表面大气等离子喷涂厚度为80-120μm的MCrAlY粘结层，其中M包括Ni、Co或Ta中的任意一种或至少两种的组合；大气等离子喷涂的参数为：氩气流量40-60slpm，氢气流量为8-10slpm，喷涂距离为120-150mm，喷涂电流为450-550A，喷涂电压为50-80V，载气流量为6-10slpm，送粉量为35-45g/min；
(2)步骤(1)所述粘结层表面大气等离子喷涂粒径为5-150μm的球形空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末，得到所述氧化锆热障涂层；所述大气等离子喷涂的工艺参数为：氩气流量35-55slpm，氢气流量为5-15slpm，喷涂距离为90-150mm，喷涂功率为30-55kW，载气流量为2-8slpm，送粉量为10-30g/min；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的外部为致密的壳体，内部为空心结构；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末由氧化钇与氧化锆组成，以质量百分数计，所述氧化钇的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的3-80％，氧化锆的质量为空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的20-97％；
所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末的制备方法包括如下步骤：
(a)250-350℃的条件下喷雾干燥纳米氧化钇稳定氧化锆浆料，煅烧处理，得到粒径范围为15-45μm的球形氧化钇稳定氧化锆粉末；
(b)等离子体球化处理步骤(a)所得球形氧化钇稳定氧化锆粉末，得到所述空心纳米氧化钇稳定氧化锆粉末；所述等离子体球化的工艺参数为：氩气流量35-45slpm，氢气流量为8-12slpm，喷涂距离为150-180mm，喷涂功率为40-45kW，载气流量3-5slpm，送粉量为15-25g/min；
步骤(a)所述纳米氧化钇稳定氧化锆浆料由粒径范围为10-100nm的纳米氧化钇稳定氧化锆原料粉末、有机粘合剂以及水混合而成，纳米氧化钇稳定氧化锆浆料的固含量为85-90wt％；纳米氧化钇稳定氧化锆浆料中有机粘合剂的质量分数为3-5wt％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110239082.5A CN113025946A (zh) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | 一种氧化锆热障涂层的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110239082.5A CN113025946A (zh) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | 一种氧化锆热障涂层的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113025946A true CN113025946A (zh) | 2021-06-25 |
Family
ID=76466592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110239082.5A Pending CN113025946A (zh) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | 一种氧化锆热障涂层的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113025946A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114075086A (zh) * | 2021-11-08 | 2022-02-22 | 北京金轮坤天特种机械有限公司 | 一种中空氧化钇部分稳定氧化锆粉体、制备方法及其用途 |
| CN114231886A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-03-25 | 西南科技大学 | 一种高温长寿命ysz涂层及其制备方法 |
| CN114959545A (zh) * | 2021-10-15 | 2022-08-30 | 中国海洋大学 | 一种水基悬浮液、制备方法及悬浮液等离子喷涂工艺 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4450184A (en) * | 1982-02-16 | 1984-05-22 | Metco Incorporated | Hollow sphere ceramic particles for abradable coatings |
| CN109852918A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-06-07 | 西安交通大学 | 兼具相稳定的自增强多模式纳米结构热障涂层及制备方法 |
| CN112210740A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-01-12 | 上海舍飞表面科技有限公司 | 一种球形空心氧化锆热喷涂粉的制备方法 |
-
2021
- 2021-03-04 CN CN202110239082.5A patent/CN113025946A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4450184A (en) * | 1982-02-16 | 1984-05-22 | Metco Incorporated | Hollow sphere ceramic particles for abradable coatings |
| CN109852918A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-06-07 | 西安交通大学 | 兼具相稳定的自增强多模式纳米结构热障涂层及制备方法 |
| CN112210740A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-01-12 | 上海舍飞表面科技有限公司 | 一种球形空心氧化锆热喷涂粉的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 章桥新等: "等离子喷涂纳米ZrO2 -8％Y2O3 涂层的结构及性能", 《材料保护》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114959545A (zh) * | 2021-10-15 | 2022-08-30 | 中国海洋大学 | 一种水基悬浮液、制备方法及悬浮液等离子喷涂工艺 |
| CN114075086A (zh) * | 2021-11-08 | 2022-02-22 | 北京金轮坤天特种机械有限公司 | 一种中空氧化钇部分稳定氧化锆粉体、制备方法及其用途 |
| CN114231886A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-03-25 | 西南科技大学 | 一种高温长寿命ysz涂层及其制备方法 |
| CN114231886B (zh) * | 2021-12-22 | 2023-10-27 | 西南科技大学 | 一种高温长寿命ysz涂层及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113025946A (zh) | 一种氧化锆热障涂层的制备方法 | |
| Mao et al. | Preparation and investigation of MoSi2/SiC coating with high infrared emissivity at high temperature | |
| CN107699840A (zh) | 多孔氧化锆热障涂层的制备方法 | |
| CN102094170B (zh) | 用于燃气轮机涡轮动叶的氧化锆热障涂层及制备方法 | |
| CN103553597B (zh) | 一种自愈合ysz陶瓷热障涂层材料及其制备方法 | |
| CN110408931B (zh) | 一种具有长寿命的热障涂层及其制备方法 | |
| Xie et al. | Effect of environmental pressure on the microstructure of YSZ thermal barrier coating via suspension plasma spraying | |
| CN113860920B (zh) | 一种耐cmas腐蚀性能优的环境障涂层及其制备方法 | |
| CN113151772A (zh) | 一种新型高温耐蚀的双陶瓷层结构热障涂层及其制备方法 | |
| CN112176275B (zh) | 一种热障涂层及其制备方法和应用 | |
| KR100859672B1 (ko) | 용사 코팅 방법 | |
| CN107675120B (zh) | 一种在钼或钼合金表面制备硅化钼涂层的方法 | |
| Wu et al. | Oxidation behavior of multilayer iridium coating on niobium substrate | |
| Xie et al. | Dense nanostructured YSZ coating prepared by low-pressure suspension plasma spraying: Atmosphere control and deposition mechanism | |
| Feng et al. | Synthesis and performance characterization of Hafnium-based multilayer coating applied over carbon/carbon composites with sharp leading edge | |
| CN111848222B (zh) | 一种在基体材料上形成的梯度环境障涂层及其制备方法 | |
| Song et al. | Microstructure and mechanical property of dense yttria-stabilized zirconia coating fabricated by an axial bi-cathode plasma torch under very low pressure | |
| CN110872713B (zh) | 一种y/y2o3金属陶瓷防护涂层的冷喷涂制备方法 | |
| CN108085526B (zh) | 一种低密度铌基复合材料及制备方法 | |
| CN114000090B (zh) | 一种氧化物/氧化物复合材料表面环境障涂层的制备方法 | |
| CN108754390A (zh) | 熔炼放射性金属用小口径石墨坩埚防护涂层的制备方法 | |
| CN115974589A (zh) | 复合承烧板及其制备方法 | |
| Brinkiene et al. | Effect of alumina addition on the microstructure of plasma sprayed YSZ | |
| CN114774834A (zh) | 一种高熵稀土铝酸盐热防护涂层的制备方法 | |
| Xing et al. | Microstructure and mechanical properties of alumina coatings plasma-sprayed at different substrate temperatures |
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: 20210625 |