CN113073285A - 一种热障涂层及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热障涂层及其制备方法和应用，涉及涂层防护技术领域。该热障涂层包括金属粘接层、陶瓷隔热层和原位反应强化层；金属粘接层用于沉积于基体的表面，陶瓷隔热层沉积于金属粘接层远离基体的一侧的表面，陶瓷隔热层具有多个相互独立且凸出于金属粘接层的陶瓷体，原位反应强化层是陶瓷体的外表面与铝离子原位反应生成的。该热障涂层通过在陶瓷体表面形成的致密氧化铝层，以提高热障涂层的抗氧化性能，抗粒子冲刷性能和耐腐蚀性能。

Description

一种热障涂层及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及涂层防护技术领域，具体而言，涉及一种热障涂层及其制备方法和应用。
背景技术
热障涂层(TBCs)通常沉积在高温合金热端部件表面，将部件与高温燃气隔离，使高温燃气和金属部件之间产生很大的温降，以达到保护热端部件、提高燃气热效率和延长热机寿命的目的。
目前，发动机中工况要求更严苛的高压涡轮工作叶片和导向叶片的热障涂层均采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)和等离子喷涂物理气相沉积(PS-PVD)技术来制备YSZ(含有6-8wt％的Y2O3稳定的ZrO2)陶瓷层。两者制备的YSZ涂层均是柱状结构，柱状结构垂直基体生长，结构之间存在间隙。这些柱状晶间的间隙使得涂层热循环寿命高，但热气流和腐蚀介质会充斥柱状晶间的间隙，通过氧离子良导体的YSZ陶瓷柱状晶产生高温氧化，腐蚀介质也会和YSZ陶瓷反应，产生破坏性剥落。因此，要进一步提高涂层性能，必须开发新的涂层及其制备方法，以提高热障涂层的抗氧化性能，抗粒子冲刷性能和耐腐蚀性能，适应于航空发动机部件的恶劣的高温和腐蚀工作环境。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热障涂层，该热障涂层通过在陶瓷体表面形成的致密氧化铝层，以提高热障涂层的抗氧化性能，抗粒子冲刷性能和耐腐蚀性能。
本发明的目的在于提供一种热障涂层的制备方法，该制备方法工艺简单，适用性强，可重复性好，易于操作。
本发明的目的在于提供一种热障涂层在航空发动机中作为热障涂层的应用。
本发明的目的在于提供一种航空发动机。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明提供一种热障涂层，其包括金属粘接层、陶瓷隔热层和原位反应强化层；所述金属粘接层用于沉积于基体的表面，所述陶瓷隔热层沉积于所述金属粘接层远离所述基体的一侧的表面，所述陶瓷隔热层具有多个相互独立且凸出于所述金属粘接层的陶瓷体，所述原位反应强化层是所述陶瓷体的外表面与铝离子原位反应生成的。
在可选的实施方式中，所述原位反应强化层的成分包括氧化铝；
优选地，所述原位反应强化层的厚度为100-500nm；
优选地，所述原位反应强化层是在气相渗铝过程中所述铝离子与所述陶瓷体的外表面发生原位反应生成的。
在可选的实施方式中，所述金属粘接层的成分包括MCrAlYX；其中，MCrAlYX中的M为Ni和/或Co；MCrAlYX中的X为微量添加元素；
优选地，所述微量添加元素包括Ta、Si和Hf中的至少一种。
优选地，所述金属粘接层的厚度为40-150μm，优选为60-120μm。
在可选的实施方式中，所述陶瓷隔热层的成分包括含有6-8wt％Y2O3的ZrO2、Ln2Zr2O7或LnMAl11O19；其中，Ln2Zr2O7中的Ln选自La、Gd、Sm、Nd和Eu中的任一种；LnMAl11O19中的Ln选自La、Gd、Sm和Yb中的任一种；LnMAl11O19中的选自Mg、Mn、Zn、Cr和Sm中的任一种；
优选地，所述陶瓷隔热层的厚度为100-400μm，优选为150-300μm；
优选地，所述陶瓷隔热层中任意两个相邻的所述陶瓷体的间隙为80-400nm。
在可选的实施方式中，所述陶瓷体为柱状结构且垂直于所述金属粘接层生长。
第二方面，本发明提供一种所述的热障涂层的制备方法，在基体的表面沉积金属粘接层、在所述金属粘接层远离所述基体的一侧表面沉积多个相互独立且凸出于所述金属粘接层的陶瓷体作为陶瓷隔热层，将所述陶瓷体的外表面与铝离子原位反应生成原位反应强化层。
在可选的实施方式中，采用大气等离子喷涂、电弧离子镀沉积或超音速火焰喷涂制备所述金属粘接层；
优选地，采用等离子喷涂-物理气相沉积或电子束物理气相沉积制备所述陶瓷隔热层；
优选地，采用气相渗铝生成所述原位反应强化层；
优选地，将沉积有所述金属粘接层和所述陶瓷隔热层的工件置于气相渗炉中，将炉内压力抽至5-20Pa，通入氩气至常压，将炉内从常温以8-11℃/min的升温速率加热至500-750℃，保温15-60min，随后随炉冷至室温取出。
在可选的实施方式中，在沉积所述金属粘接层之前，先将所述基体进行打磨，随后超声清洗；
优选地，在沉积所述陶瓷隔热层之前，先将所述金属粘接层进行打磨，随后超声清洗；
优选地，所述基体和所述金属粘接层的打磨目数均为80-1000目。
第三方面，本发明提供如前述实施方式任一项所述的热障涂层或如前述实施方式任一项所述的热障涂层的制备方法制备获得的热障涂层在航空发动机中作为热障涂层的应用。
第四方面，本发明提供一种航空发动机，所述航空发动机包括前述实施方式任一项所述的热障涂层或如前述实施方式任一项所述的热障涂层的制备方法制备获得的热障涂层。
本发明具有以下有益效果：
本发明较佳实施例提供的热障涂层具有金属粘接层、柱状结构陶瓷隔热层和柱状结构体表面铝离子原位反应强化层，并具有较高的抗氧化性能，抗粒子冲刷性能和耐腐蚀性能。其制备方法工艺简单，适用性强，可重复性好，易于操作。该热障涂层可用作航空发动机的热障涂层，含有上述热障涂层的航空发动机可延长其使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例1提供的热障涂层的截面结构示意图；
图2为本申请实施例1和对比例1提供的热障涂层在恒温氧化试验后的截面电镜图，其中，(a)为对比例，(b)为实施例1；
图3为本申请实施例1和对比例1提供的热障涂层在室温粒子冲刷实验后的截面宏观图，其中，(a)为对比例，(b)为实施例1；
图4为本申请实施例1和对比例1提供的热障涂层在涂盐腐蚀实验后的表面宏观图，其中，(a)为对比例，(b)为实施例1；
图5为本申请对比例2提供的热障涂层的强化层的结构示意图。
图标：1-原位反应强化层；2-陶瓷隔热层；3-金属粘接层；4-基体；5-热生长氧化物层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。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。
本发明提供一种热障涂层，其包括金属粘接层、陶瓷隔热层和原位反应强化层。金属粘接层用于沉积于基体的表面，陶瓷隔热层沉积于金属粘接层远离基体的一侧的表面，陶瓷隔热层具有多个相互独立且凸出于金属粘接层的陶瓷体，原位反应强化层是陶瓷体的外表面与铝离子原位反应生成的。
本申请中，基体可以为高温合金基体，例如镍基高温合金K417、DZ40M。
本申请中的金属粘接层的成分包括MCrAlYX；其中，M为Ni和/或Co；X为微量添加元素；优选地，微量添加元素包括Ta、Si和Hf中的至少一种。金属粘接层主要用于增强陶瓷隔热层与基体的结合力，提高热膨胀系数匹配并提高基体的抗氧化性。陶瓷隔热层通过该金属粘接层与基体连接，减少了界面热应力，避免陶瓷隔热层制备和使用中过早剥落。
优选地，金属粘接层的厚度可以但不限于为40-150μm，例如可以为：40μm、50μm和150μm中的任一者或者任意两者之间的范围值，金属粘接层的厚度优选为60-120μm，例如可以为60μm、80μm、100μm和120μm中的任一者或者任意两者之间的范围值。
本申请中，陶瓷隔热层的成分包括含有6-8wt％Y2O3的ZrO2、Ln2Zr2O7(Ln＝La，Gd，Sm，Nd，Eu)，或LnMAl11O19(Ln可为La，Gd，Sm，Yb，M可为Mg，Mn，Zn，Cr，Sm)；优选地，陶瓷隔热层的厚度可以但不限于为100-400μm，例如可以为100μm、120μm、350μm、375μm和400μm中的任一者或者任意两者之间的范围值，陶瓷隔热层的厚度优选为150-300μm，例如可以为150μm、200μm、250μm、275μm和300μm中的任一者或者任意两者之间的范围值。本申请中的陶瓷体为柱状结构且垂直于金属粘接层生长，结构之间存在间隙使得多个陶瓷体相互独立，涂层热循环寿命高。优选地，陶瓷隔热层中任意两个相邻的所述陶瓷体的间隙为80-400nm。该间隙较小，采用常规的喷涂或溅射沉积铝，只能沉积在陶瓷隔热层的上表面，而非整个陶瓷体的柱体表面，后续热处理形成的氧化铝强化层只能在陶瓷隔热层的上表面，这会导致陶瓷体没有包裹到的部分的抗氧化性能、抗粒子冲刷性能和耐腐蚀性能没有提高。
本申请中，原位反应强化层的成分包括氧化铝；优选地，原位反应强化层的厚度可以但不限于为100-500nm；例如可以为100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm和500nm中的任一者或者任意两者之间的范围值。优选地，原位反应强化层是在气相渗铝过程中铝离子与陶瓷体的外表面发生原位反应生成的。本申请采用原位反应氧化铝，气相渗铝时，气体可以进入到细小的缝隙内实现与陶瓷隔热层的陶瓷体的所有表面进行充分接触，从而铝离子与陶瓷能够充分反应，生成的氧化铝与陶瓷的结合强度高，包覆面积更大，生成的氧化铝是氧离子的不良导体，更加致密连续，对每个陶瓷体而言形成完整的保护，通过陶瓷体向金属层和基体的氧传输更慢，同时涂层使用过程中从表面开始减薄后，强化效果依然存在。
在本申请提供的厚度范围内，金属粘接层、陶瓷隔热层和原位反应强化层相互匹配后，能够使热障涂层具有较高的抗氧化、抗粒子冲刷和耐腐蚀性能。
此外，本发明提供一种的热障涂层的制备方法，其包括在基体的表面沉积金属粘接层、在金属粘接层远离基体的一侧表面沉积多个相互独立且凸出于金属粘接层的陶瓷体作为陶瓷隔热层，将陶瓷体的外表面与铝离子原位反应生成原位反应强化层。
在可选的实施方式中，采用大气等离子喷涂、超音速火焰喷涂或电弧离子镀沉积制备金属粘接层；
优选地，采用等离子喷涂-物理气相沉积或电子束物理气相沉积制备陶瓷隔热层；
优选地，采用气相渗铝生成原位反应强化层；
优选地，将沉积有金属粘接层和陶瓷隔热层的工件置于气相渗炉中，将炉内压力抽至5-20Pa，通入氩气至常压，将炉内从常温以8-11℃/min的升温速率加热至500-750℃，保温15-60min，随后随炉冷至室温取出。
在可选的实施方式中，在沉积金属粘接层之前，先将基体进行打磨，随后超声清洗；
优选地，在沉积陶瓷隔热层之前，先将金属粘接层进行打磨，随后超声清洗；
优选地，基体和金属粘接层的打磨目数均为80-1000目。
第三方面，本发明提供如前述实施方式任一项的热障涂层或如前述实施方式任一项的热障涂层的制备方法制备获得的热障涂层在航空发动机中作为热障涂层的应用。
第四方面，本发明提供一种航空发动机，航空发动机包括前述实施方式任一项的热障涂层或如前述实施方式任一项的热障涂层的制备方法制备获得的热障涂层。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供的热障涂层包括金属粘接层3、陶瓷隔热层2和原位反应强化层1。金属粘接层3用于沉积于基体4的表面，陶瓷隔热层2用于沉积于金属粘接层3的远离基体4的一侧的表面，原位反应强化层1是在柱状结构的陶瓷体的外表层与铝离子原位反应生成的。该热障涂层的截面结构示意图如图1所示。
其中，基体4为镍基高温合金K417，金属粘接层3的成分为NiCrAlY，陶瓷隔热层2的成分为含有7wt％Y2O3的稳定的ZrO2。
金属粘接层3的厚度为100μm，陶瓷隔热层2的厚度为250μm，原位反应强化层1的厚度为300nm。
该热障涂层的制备方法包括：
步骤一、将镍基高温合金K417按打磨目数为80目打磨后，超声清洗干净，采用大气等离子喷涂工艺沉积金属粘接层3。
步骤二、将金属粘接层3按打磨目数为1000目打磨后，采用等离子喷涂-物理气相沉积的方法将含有7wt％Y2O3的稳定的ZrO2喷涂在步骤一中金属粘接层3的远离基体4的一侧的表面，得到陶瓷隔热层2。
步骤三、采用气相渗铝的方法对金属粘接层和柱状结构陶瓷隔热层的双层结构进行气相渗铝，在柱状结构的陶瓷体的外表层与铝离子反应生成原位反应强化层1。气相渗铝条件包括：气相渗炉内压力抽至10Pa，通入氩气至常压，将炉内从常温加热至650℃，升温速率10℃/min，在该温度下保温60min，随后随炉冷至室温取出。
实施例2
本实施例提供的热障涂层包括金属粘接层3、陶瓷隔热层2和原位反应强化层1。金属粘接层3用于沉积于基体4的表面，陶瓷隔热层2用于沉积于金属粘接层3的远离基体4的一侧的表面，原位反应强化层1是在柱状结构的陶瓷体的外表层。
其中，基体4为镍基高温合金DZ40M，金属粘接层3的成分为NiCoCrAlYTa，陶瓷隔热层2的成分为含有Gd2Zr2O7。
金属粘接层3的厚度为60μm，陶瓷隔热层2的厚度为150μm，原位反应强化层1的厚度为100nm。
该热障涂层的制备方法包括：
步骤一、将镍基高温合金K417按打磨目数为120目打磨后，超声清洗干净，采用超音速火焰喷涂工艺沉积金属粘接层3。
步骤二、将金属粘接层3按打磨目数为1000目打磨后，采用电子束物理气相沉积将Gd2Zr2O7沉积在步骤一中金属粘接层3的远离基体4的一侧的表面，得到陶瓷隔热层2。
步骤三、采用气相渗铝的方法对金属粘接层3和陶瓷隔热层2的双层结构热障涂层进行气相渗铝，在柱状结构的陶瓷体的外表层与铝离子反应生成原位反应强化层1。气相渗铝条件包括：气相渗炉内压力抽至5Pa，通入氩气至常压，将炉内从常温加热至500℃，升温速率8℃/min，在该温度下保温30min，随后随炉冷至室温取出。
实施例3
本实施例提供的热障涂层包括金属粘接层3、陶瓷隔热层2和原位反应强化层1。金属粘接层3用于沉积于基体4的表面，柱状结构的陶瓷隔热层2用于沉积于金属粘接层3的远离基体4的一侧的表面，柱状结构的原位反应强化层1是在柱状结构的陶瓷体的外表层。
其中，基体4为镍基高温合金DD5，金属粘接层3的成分为CoNiCrAlY，陶瓷隔热层2的成分为含有8wt％Y2O3的稳定的ZrO2。
金属粘接层3的厚度为120μm，陶瓷隔热层2的厚度为300μm，原位反应强化层1的厚度为500nm。
该热障涂层的制备方法包括：
步骤一、将镍基高温合金K417按打磨目数为120目打磨后，超声清洗干净，采用超音速火焰喷涂工艺沉积金属粘接层3。
步骤二、将金属粘接层3按打磨目数为800目打磨后，采用等离子喷涂-物理气相沉积的方法将含有8wt％Y2O3的稳定的ZrO2喷涂在步骤一中金属粘接层3的远离基体4的一侧的表面，得到陶瓷隔热层2。
步骤三、采用气相渗铝的方法对金属粘接层和柱状结构陶瓷隔热层的双层结构热障涂层进行气相渗铝，在柱状结构的陶瓷体的外表层与铝离子反应生成原位反应强化层1。气相渗铝条件包括：气相渗炉内压力抽至20Pa，通入氩气至常压，将炉内从常温加热至750℃，升温速率11℃/min，在该温度下保温45min，随后随炉冷至室温取出。
实施例4
本实施例提供的热障涂层包括金属粘接层3、柱状结构的陶瓷隔热层2和柱状结构的原位反应强化层1。金属粘接层3用于沉积于基体4的表面，柱状结构陶瓷隔热层2用于沉积于金属粘接层3的远离基体4的一侧的表面，柱状结构的原位反应强化层1是在柱状结构的陶瓷体的外表层。
其中，基体4为镍基高温合金GH4169，金属粘接层3的成分为NiCoCrAlY，陶瓷隔热层2的成分为含有7wt％Y2O3的稳定的ZrO2。
金属粘接层3的厚度为70μm，陶瓷隔热层2的厚度为200μm，原位反应强化层1的厚度为300nm。
该热障涂层的制备方法包括：
步骤一、将镍基高温合金K417按打磨目数为200目打磨后，超声清洗干净，采用电弧离子镀沉积金属粘接层3。
步骤二、将金属粘接层3按打磨目数为800目打磨后，采用等离子喷涂-物理气相沉积的方法将含有7wt％Y2O3的稳定的ZrO2喷涂在步骤一中金属粘接层3的远离基体4的一侧的表面，得到陶瓷隔热层2。
步骤三、采用气相渗铝的方法对金属粘接层和柱状结构陶瓷隔热层的双层结构热障涂层进行气相渗铝，在柱状结构的陶瓷体的外表层与铝离子反应生成原位反应强化层1。气相渗铝条件包括：气相渗炉内压力抽至15Pa，通入氩气至常压，将炉内从常温加热至600℃，升温速率10℃/min，在该温度下保温35min，随后随炉冷至室温取出。
对比例1
以实施例1为例，设置对比例1，对比例1依次沉积金属粘接层、沉积柱状结构的陶瓷隔热层，但不进行气相渗铝制备铝离子原位反应强化层。经对照组制备所得的热障涂层不含铝离子原位反应强化层。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，步骤三不同，本对比例中采用电子束物理气相沉积法沉积于陶瓷隔热层的表面上沉积氧化铝作为强化层。
具体来说，步骤三为将对金属粘接层和柱状结构陶瓷隔热层的双层结构安装于电子束物理气相沉积设备的基板上，并调节旋转基板架至装有氧化铝陶瓷材料的坩埚上方，调节电子束流0.6A，料棒上升速率0.5mm/min，沉积速率0.5μm/min；拉开挡板，蒸发沉积氧化铝陶瓷层开始，沉积完成后取出，即抗腐蚀热障涂层制备完成，从图5可以看出，其强化层是沉积于陶瓷层的最上端。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于，原位反应强化层的厚度不同，本对比例中，原位反应强化层的厚度为50nm。
对比例4
本对比例与实施例1的区别在于，原位反应强化层的厚度不同，本对比例中，原位反应强化层的厚度为700nm。
对比例5
本对比例与实施例1的区别在于，原位反应强化层的制备工艺参数不同，本对比例中，气相渗铝条件包括：气相渗炉内压力抽至30Pa，通入氩气至常压，将炉内从常温加热至400℃，升温速率10℃/min，在该温度下保温60min，随后随炉冷至室温取出。
性能测试实验
将上述实施例1-4以及对比例1-5进行恒温氧化实验、粒子冲刷实验和涂盐腐蚀实验。
恒温氧化实验：将上述实施例1-4以及对比例1-5制得的试样在950℃马弗炉内进行恒温氧化实验，该热障涂层在恒温氧化试验后，检测其热生长氧化物层5(请参阅图2)的平均厚度，其中，热生长氧化物层为称为TGO层。
粒子冲刷实验：将上述实施例1-4以及对比例1-5制得的试样进行粒子冲刷实验，冲刷角度20°，距离100mm，冲刷粒子为Al2O3，粒径55μm，压力0.25MPa，冲蚀时间25s。测量冲刷后残留的涂层厚度。
涂盐腐蚀实验：将上述实施例1-4以及对比例1-5制得的试样进行涂盐腐蚀实验，试样涂层表面涂NaCl盐0.5mg/cm2，800℃保温20小时，观察试验后的涂层外观形貌，本实施例热障涂层和对比例1相比，涂层剥落面积大幅减少，说明该热障涂层具有良好的抗腐蚀性能。
实验结果如下：
Figure BDA0002988583330000121
Figure BDA0002988583330000131
实验结果显示：对比实施例1和对比例1的数据结果以及图2、图3和图4可以看出，对比例1所得的热障涂层恒温氧化试验后热生长氧化物(TGO)层的平均厚度为2.2μm，对比例1的抗高温氧化性能差于实施例1。粒子冲刷实验后残留的涂层厚度为90-110μm。相较于实施例1可以看出，相同时间冲刷后残留的涂层厚度大幅度降低，说明本申请实施例1提供的热障涂层相较于对比例1具有更好的抗粒子冲刷作用，涂层抗粒子冲刷能力大幅度的提高。涂盐腐蚀实验的涂层外剥落面积较大，本实施例1热障涂层和对比例1相比，涂层剥落面积大幅减少，说明该热障涂层具有良好的抗腐蚀性能。因此，对比例1所得的热障涂层相较于实施例1，其抗高温氧化、抗粒子冲刷、抗腐蚀性能均较低。
对比实施例1和对比例2的数据结果可以看出，对比例2所得的热障涂层恒温氧化试验后热生长氧化物(TGO)层的平均厚度为1.9μm，对比例2的抗高温氧化性能差于实施例1。粒子冲刷实验后残留的涂层厚度为110-140μm。相较于实施例1可以看出，相同时间冲刷后残留的涂层厚度较大幅度降低，说明本申请实施例1提供的热障涂层相较于对比例2具有更好的抗粒子冲刷作用，涂层抗粒子冲刷能力提高。涂盐腐蚀实验的涂层外剥落面积较大，本实施例1热障涂层和对比例2相比，涂层剥落面积大幅减少，说明该热障涂层具有良好的抗腐蚀性能。因此，对比例2所得的热障涂层相较于实施例1，其抗高温氧化、抗粒子冲刷、抗腐蚀性能均较低。
对比实施例1和对比例3的数据结果可以看出，对比例3所得的热障涂层恒温氧化试验后热生长氧化物(TGO)层的平均厚度为1.7μm，对比例3的抗高温氧化性能差于实施例1。粒子冲刷实验后残留的涂层厚度为120-150μm。相较于实施例1可以看出，相同时间冲刷后残留的涂层厚度降低，说明本申请实施例1提供的热障涂层相较于对比例3具有更好的抗粒子冲刷作用，涂层抗粒子冲刷能力提高。涂盐腐蚀实验的涂层外剥落面积较大，本实施例1热障涂层和对比例3相比，涂层剥落面积减少，说明该热障涂层具有更好的抗腐蚀性能。因此，对比例3所得的热障涂层相较于实施例1，其抗高温氧化、抗粒子冲刷、抗腐蚀性能较低。
对比实施例1和对比例4的数据结果可以看出，对比例4所得的热障涂层恒温氧化试验后热生长氧化物(TGO)层的平均厚度为1.3μm，对比例4的抗高温氧化性能差于实施例1。粒子冲刷实验后残留的涂层厚度为130-150μm。相较于实施例1可以看出，相同时间冲刷后残留的涂层厚度降低，说明本申请实施例1提供的热障涂层相较于对比例4具有更好的抗粒子冲刷作用，涂层抗粒子冲刷能力提高。涂盐腐蚀实验的涂层外剥落面积较大，本实施例1热障涂层和对比例4相比，涂层剥落面积减少，说明该热障涂层具有更好的抗腐蚀性能。因此，对比例4所得的热障涂层相较于实施例1，其抗高温氧化、抗粒子冲刷、抗腐蚀性能较低。
对比实施例1和对比例5的数据结果可以看出，对比例5所得的热障涂层恒温氧化试验后热生长氧化物(TGO)层的平均厚度为1.7μm，对比例5的抗高温氧化性能差于实施例1。粒子冲刷实验后残留的涂层厚度为120-140μm。相较于实施例1可以看出，相同时间冲刷后残留的涂层厚度降低，说明本申请实施例1提供的热障涂层相较于对比例5具有更好的抗粒子冲刷作用，涂层抗粒子冲刷能力提高。涂盐腐蚀实验的涂层外剥落面积较大，本实施例1热障涂层和对比例5相比，涂层剥落面积减少，说明该热障涂层具有更好的抗腐蚀性能。因此，对比例5所得的热障涂层相较于实施例1，其抗高温氧化、抗粒子冲刷、抗腐蚀性能较低。
综上，本申请提供的热障涂层的柱状结构的原位反应强化层1并具有较高的抗高温氧化、抗粒子冲刷、抗腐蚀性能。其制备方法工艺简单，适用性强，可重复性好，易于操作。该热障涂层可用作航空发动机的热障涂层，含有上述热障涂层的航空发动机可延长其使用寿命。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热障涂层，其特征在于，其包括金属粘接层、陶瓷隔热层和原位反应强化层；所述金属粘接层用于沉积于基体的表面，所述陶瓷隔热层沉积于所述金属粘接层远离所述基体的一侧的表面，所述陶瓷隔热层具有多个相互独立且凸出于所述金属粘接层的陶瓷体，所述原位反应强化层是所述陶瓷体的外表面与铝离子原位反应生成的。
2.根据权利要求1所述的热障涂层，其特征在于，所述原位反应强化层的成分包括氧化铝；
优选地，所述原位反应强化层的厚度为100-500nm；
优选地，所述原位反应强化层是在气相渗铝过程中所述铝离子与所述陶瓷体的外表面发生原位反应生成的。
3.根据权利要求1所述的热障涂层，其特征在于，所述金属粘接层的成分包括MCrAlYX；其中，MCrAlYX中的M为Ni和/或Co；MCrAlYX中的X为微量添加元素；
优选地，所述微量添加元素包括Ta、Si和Hf中的至少一种；
优选地，所述金属粘接层的厚度为40-150μm，优选为60-120μm。
4.根据权利要求1所述的热障涂层，其特征在于，所述陶瓷隔热层的成分包括含有6-8wt％Y2O3的ZrO2、Ln2Zr2O7或LnMAl11O19；其中，Ln2Zr2O7中的Ln选自La、Gd、Sm、Nd和Eu中的任一种；LnMAl11O19中的Ln选自La、Gd、Sm和Yb中的任一种；LnMAl11O19中的选自Mg、Mn、Zn、Cr和Sm中的任一种；
优选地，所述陶瓷隔热层的厚度为100-400μm，优选为150-300μm；
优选地，所述陶瓷隔热层中任意两个相邻的所述陶瓷体的间隙为80-400nm。
5.根据权利要求1所述的热障涂层，其特征在于，所述陶瓷体为柱状结构且垂直于所述金属粘接层生长。
6.一种热障涂层的制备方法，其特征在于，在基体的表面沉积金属粘接层、在所述金属粘接层远离所述基体的一侧表面沉积多个相互独立且凸出于所述金属粘接层的陶瓷体作为陶瓷隔热层，将所述陶瓷体的外表面与铝离子原位反应生成原位反应强化层。
7.根据权利要求6所述的热障涂层的制备方法，其特征在于，采用大气等离子喷涂、超音速火焰喷涂或电弧离子镀沉积制备所述金属粘接层；
优选地，采用等离子喷涂-物理气相沉积或电子束物理气相沉积制备所述陶瓷隔热层；
优选地，采用气相渗铝生成所述原位反应强化层；
优选地，将沉积有所述金属粘接层和所述陶瓷隔热层的工件置于气相渗炉中，将炉内压力抽至5-20Pa，通入氩气至常压，将炉内从常温以8-11℃/min的升温速率加热至500-750℃，保温15-60min，随后随炉冷至室温取出。
8.根据权利要求6所述的热障涂层的制备方法，其特征在于，在沉积所述金属粘接层之前，先将所述基体进行打磨，随后超声清洗；
优选地，在沉积所述陶瓷隔热层之前，先将所述金属粘接层进行打磨，随后超声清洗；
优选地，所述基体和所述金属粘接层的打磨目数均为80-1000目。
9.如权利要求1-5任一项所述的热障涂层或如权利要求6-8任一项所述的热障涂层的制备方法制备获得的热障涂层在航空发动机中作为热障涂层的应用。
10.一种航空发动机，其特征在于，所述航空发动机包括1-5任一项所述的热障涂层或如权利要求6-8任一项所述的热障涂层的制备方法制备获得的热障涂层。
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