CN113233907A - 一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层及制备方法 - Google Patents

一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113233907A
CN113233907A CN202110714888.5A CN202110714888A CN113233907A CN 113233907 A CN113233907 A CN 113233907A CN 202110714888 A CN202110714888 A CN 202110714888A CN 113233907 A CN113233907 A CN 113233907A
Authority
CN
China
Prior art keywords
solution
thermal barrier
barrier coating
silicon carbide
calcium oxide
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.)
Granted
Application number
CN202110714888.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113233907B (zh
Inventor
崔雄华
张磊
曹海涛
杨哲一
崔锦文
王弘喆
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.)
Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
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 Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd filed Critical Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Priority to CN202110714888.5A priority Critical patent/CN113233907B/zh
Publication of CN113233907A publication Critical patent/CN113233907A/zh
Priority to PCT/CN2021/115650 priority patent/WO2022267222A1/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113233907B publication Critical patent/CN113233907B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/66—Monolithic refractories or refractory mortars, including those whether or not containing clay
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • C04B35/571—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained from Si-containing polymer precursors or organosilicon monomers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/62222—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining ceramic coatings
    • 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
    • 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
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/137—Spraying in vacuum or in an inert atmosphere
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3208—Calcium oxide or oxide-forming salts thereof, e.g. lime
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3246—Stabilised zirconias, e.g. YSZ or cerium stabilised zirconia
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5454—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof nanometer sized, i.e. below 100 nm
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/666—Applying a current during sintering, e.g. plasma sintering [SPS], electrical resistance heating or pulse electric current sintering [PECS]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

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

Abstract

本发明一种碳化硅‑氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层及制备方法，包括：步骤1，配置ZrOCl2·8H2O/Ca(NO3)2·4H2O混合溶液A；步骤2，将过量氨水滴加于混合溶液A并持续搅拌生成白色沉淀；步骤3，将聚碳硅烷溶于对二甲苯溶液中，得到溶液B；步骤4，将溶液B和PVA水溶液加入到混合溶液A，得到混合物；步骤5，将混合物于辊式球磨机进行球磨，得到球磨后的浆料；步骤6，将经过球磨的浆料在喷雾造粒机上进行造粒，去除水分后得到干燥的Zr(OH)4、Ca(OH)2和聚碳硅烷的球状混合粉体；步骤7，将造粒后得到的球状混合粉体置于送粉器中，通过真空等离子喷涂的方式在金属基板表面进行热喷涂，在高温火焰条件下Zr(OH)4、Ca(OH)2和聚碳硅烷经过高温分解形成高致密高耐磨、高致密SiC‑CSZ复合耐磨热障涂层。

Description

一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层及制备方法
技术领域
本发明属于高温防护技术领域，具体涉及一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层及制备方法。
背景技术
近年来，燃气轮机得到了迅速发展。燃气轮机以成为新一代能源动力装置，广泛应用于能源、发电、动力系统等多个领域。而随着燃气轮机等设备的使用功率需求越来越大而产生了更多的热量，设备内重要部件因受到高温的影响，其服役寿命和使用性能收到了极大地影响。为了保护机器内部部件，延长机器的使用寿命，热障涂层作为一种高温保护技术，可以将巨大的热量与受保护部件有效的隔离开，保护内在部件免受高温带来的影响。
稳定氧化锆(ZrO2)涂层是目前最具应用前景的热障材料。由于在降温过程中四方相ZrO2向单斜相转变会引起体积的变化，导致涂层开裂，因此通常用稳定剂将高温四方相稳定到室温，常用的稳定剂有CaO、MgO、Y2O3、CeO2等。目前，通常是采用等离子喷涂的方式，利用高温将稳定的ZrO2球形喂料熔融后，再利用压缩空气将熔化或者半融化的液滴吹击在工件表面形成涂层，但是在有颗粒冲刷的环境中，ZrO2涂层的耐磨性往往不能满足高致密高耐磨、长寿命的需求。因此，耐磨不足这一问题也大大地限制了ZrO2热障涂层的应用范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层及制备方法，其解决了普通单一ZrO2热障涂层成分不均匀、熔化不完全、耐磨性差等问题。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，配置ZrOCl2·8H2O/Ca(NO3)2·4H2O混合溶液A；
步骤2，将过量氨水滴加于步骤1中的混合溶液A并持续搅拌生成白色沉淀；
步骤3，将聚碳硅烷(PCS)溶于对二甲苯溶液中，得到溶液B；
步骤4，将步骤3中的配置的溶液B和PVA水溶液加入到步骤2中的混合溶液A，得到混合物；
步骤5，将步骤4中的混合物于辊式球磨机进行球磨，得到球磨后的浆料；
步骤6，将步骤5中经过球磨的浆料在喷雾造粒机上进行造粒，去除水分后得到干燥的Zr(OH)4、Ca(OH)2和聚碳硅烷的球状混合粉体；
步骤7，将经步骤6造粒后得到的球状混合粉体置于送粉器中，通过真空等离子喷涂的方式在金属基板表面进行热喷涂，在高温火焰条件下Zr(OH)4、Ca(OH)2和聚碳硅烷经过高温分解形成高致密高耐磨、高致密SiC-CSZ复合耐磨热障涂层。
本发明进一步的改进在于，步骤1中，按照混合溶液的容积为2000mL，ZrOCl2·8H2O/Ca(NO3)2·4H2O的质量分数为10wt.％～50wt.％，Zr4+的Ca2+摩尔浓度比为92：8～97：3。
本发明进一步的改进在于，步骤2中，氨水的体积浓度为30～50％。
本发明进一步的改进在于，步骤3中，配置溶液的容积为300～500mL，聚碳硅烷的质量分数为20～40wt.％。
本发明进一步的改进在于，步骤4中，PVA水溶液的质量浓度为5～10％，其加入量为200～300mL。
本发明进一步的改进在于，步骤5中，辊式球磨机的转速为40～60r/min，球磨时间为24～36h。
本发明进一步的改进在于，步骤6中，喷雾造粒机的参数为：喷雾造粒机进气温度为300～350℃，出口温度120～150℃，腔内温度180～200℃，喷嘴速度28000～35000r/min，浆液进料速度100～150g/min。
本发明进一步的改进在于，步骤7中，真空等离子喷涂的参数为：电流220～260A，电压40～60V，一次气体Ar和N2流速12.0～16.0L/min，二次气体N2流速3.0～5.0L/min，喷射距离100～120mm，粉末载气流速4.0～6.0L/min，送粉速率3.0～4.0g/min。
一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层，采用所述的制备方法制备得到。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
1.本发明提供的一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层的制备方法，利用生成的纳米级Zr(OH)4、Ca(OH)2共沉淀，与聚碳硅烷溶液相混合，通过喷雾造粒制备均匀的球状喷涂喂料，可使制备的涂层成分更加均匀，涂层致密度更高。
2.本发明提供的一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层的制备方法，与传统的复合工艺相比，利用聚碳硅烷(PCS)作为SiC的前驱体，同时利用Zr(OH)4、Ca(OH)2作为CSZ涂层的前驱体，利用真空等离子喷涂技术，在真空高温作用下使Zr(OH)4、Ca(OH)2和聚碳硅烷(PCS)同时分解，一步法制备SiC-CSZ热障涂层，生产步骤简便，节省能源，成本低。
3.本发明提供的一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层，与传统的氧化锆热障涂层相比，SiC的引入提高了涂层的耐磨性，拓宽了氧化锆热障涂层的应用范围。当聚碳硅烷的质量分数由0增加到40wt.％时，涂层的摩擦系数由0.62降低到0.36，涂层的耐磨性提高了近1.7倍。
附图说明
图1是本发明的Zr(OH)4、Ca(OH)2和聚碳硅烷(PCS)的球状混合球状喂料的SEM图；
图2是本发明制备的SiC-CSZ热障涂层的XRD图；
图3是本发明制备的SiC-CSZ热障涂层的SEM图；
图4是本发明制备的SiC-CSZ热障涂层的摩擦系数图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明提供的一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按一定比例配置ZrOCl2·8H2O/Ca(NO3)2·4H2O混合溶液；混合溶液的容积为2000mL，ZrOCl2·8H2O/Ca(NO3)2·4H2O的质量分数为10wt.％～50wt.％，Zr4+的Ca2+摩尔浓度比为92：8～97：3。
步骤2，将过量氨水滴加于步骤1中的混合溶液并持续搅拌生成白色沉淀；其中氨水的浓度为氨水的浓度为30～50％。
步骤3，将一定量的聚碳硅烷(PCS)溶于对二甲苯溶液中；配置溶液的容积为300～500mL，聚碳硅烷(PCS)的质量分数为20～40wt.％。
步骤4，将步骤3中的配置的溶液和一定量的PVA水溶液加入到步骤2中的溶液；PVA水溶液的浓度为5～10％，其加入量为200～300mL。
步骤5，将步骤4中的混合物于辊式球磨机进行球磨；辊式球磨机的转速为40～60r/min，球磨时间为24～36h。
步骤6，将步骤5中经过球磨的浆料在喷雾造粒机上进行造粒，去除水分后得到干燥的Zr(OH)4、Ca(OH)2和聚碳硅烷(PCS)的球状混合粉体；喷雾造粒机的参数为：喷雾造粒机进气温度为300～350℃，出口温度120～150℃，腔内温度180～200℃，喷嘴速度28000～35000r/min，浆液进料速度100～150g/min；
步骤7，将经步骤6造粒后得到的球状粉体置于送粉器中，通过真空等离子喷涂的方式于金属基板表面进行热喷涂，在真空高温条件下Zr(OH)4、Ca(OH)2和聚碳硅烷(PCS)经过同时分解得到高致密高耐磨、高致密的SiC-CSZ复合热障涂层。真空等离子喷涂的参数为：电流220～260A，电压40～60V，一次气体(Ar+N2)流速12.0～16.0L/min，二次气体(N2)流速3.0～5.0L/min，喷射距离100～120mm，粉末载气流速4.0～6.0L/min，送粉速率3.0～4.0g/min。
实施例1
步骤1，配置ZrOCl2·8H2O/Ca(NO3)2·4H2O混合溶液：混合溶液的容积为2000mL，ZrOCl2·8H2O/Ca(NO3)2·4H2O的质量分数为10wt.％，Zr4+的Ca2+摩尔浓度比为97：3。
步骤2，将过量的氨水滴加于步骤1中的混合溶液中并持续搅拌生成白色沉淀：其中氨水的浓度为30％。
步骤3，将聚碳硅烷(PCS)溶于对二甲苯溶液中；配置溶液的容积为300mL，聚碳硅烷(PCS)的质量分数为20wt.％。
步骤4，将步骤3中配置的溶液和一定量的PVA水溶液加入到步骤2中的溶液。PVA水溶液的浓度为5％，其加入量为200mL。
步骤5，将步骤4中的混合物置于辊式球磨机上进行球磨；辊式球磨机的转速为40r/min，球磨时间为24h。
步骤6，将步骤5中经过球磨的浆料在喷雾造粒机上进行造粒，去除水分后得到干燥的Zr(OH)4、Ca(OH)3和聚碳硅烷(PCS)的混合球状喂料。喷雾造粒机的参数为：进气温度350℃，腔内温度200℃，出口温度150℃，喷嘴转速35000r/min，浆液进料速度150g/min。
步骤7，将经步骤6造粒后得到的球状粉体置于送粉器中，通过真空等离子喷涂的方式于金属基板表面进行热喷涂，在高温真空条件下Zr(OH)4、Ca(OH)3和聚碳硅烷(PCS)经过分解形成高致密高耐磨、高致密SiC-CSZ复合耐磨热障涂层。真空等离子喷涂的参数为：电流220A，电压40V，一次气体(Ar+N2)流速12.0L/min，二次气体(N2)流速3.0L/min，喷射距离100mm，粉末载气流速4.0L/min，送粉速率3.0g/min。
实施例2
步骤1，配置ZrOCl2·8H2O/Ca(NO3)2·4H2O混合溶液：混合溶液的容积为2000mL，ZrOCl2·8H2O/Ca(NO3)2·4H2O的质量分数为50wt.％，Zr4+的Ca2+摩尔浓度比为92：8。
步骤2，将过量的氨水滴加于步骤1中的混合溶液中并持续搅拌生成白色沉淀：其中氨水的浓度为50％。
步骤3，将聚碳硅烷(PCS)溶于对二甲苯溶液中；配置溶液的容积为500mL，聚碳硅烷(PCS)的质量分数为40wt.％。
步骤4，将步骤3中配置的溶液和一定量的PVA水溶液加入到步骤2中的溶液。PVA水溶液的浓度为10％，其加入量为300mL。
步骤5，将步骤4中的混合物置于辊式球磨机上进行球磨；辊式球磨机的转速为60r/min，球磨时间为36h。
步骤6，将步骤5中经过球磨的浆料在喷雾造粒机上进行造粒，去除水分后得到干燥的Zr(OH)4、Ca(OH)3和聚碳硅烷(PCS)的混合球状喂料。喷雾造粒机的参数为：进气温度300℃，腔内温度180℃，出口温度120℃，喷嘴转速28000r/min，浆液进料速度100g/min。
步骤7，将经步骤6造粒后得到的球状粉体置于送粉器中，通过真空等离子喷涂的方式于金属基板表面进行热喷涂，在高温真空条件下Zr(OH)4、Ca(OH)3和聚碳硅烷(PCS)经过分解形成高致密高耐磨、高致密SiC-CSZ复合耐磨热障涂层。真空等离子喷涂的参数为：电流260A，电压60V，一次气体(Ar+N2)流速16.0L/min，二次气体(N2)流速5.0L/min，喷射距离120mm，粉末载气流速6.0L/min，送粉速率4.0g/min。
实施例3
步骤1，配置ZrOCl2·8H2O/Ca(NO3)2·4H2O混合溶液：混合溶液的容积为2000mL，ZrOCl2·8H2O/Ca(NO3)2·4H2O的质量分数为30wt.％，Zr4+的Ca2+摩尔浓度比为95：5。
步骤2，将过量的氨水滴加于步骤1中的混合溶液中并持续搅拌生成白色沉淀：其中氨水的浓度为40％。
步骤3，将聚碳硅烷(PCS)溶于对二甲苯溶液中；配置溶液的容积为400mL，聚碳硅烷(PCS)的质量分数为30wt.％。
步骤4，将步骤3中配置的溶液和一定量的PVA水溶液加入到步骤2中的溶液。PVA水溶液的浓度为7％，其加入量为250mL。
步骤5，将步骤4中的混合物置于辊式球磨机上进行球磨；辊式球磨机的转速为50r/min，球磨时间为30h。
步骤6，将步骤5中经过球磨的浆料在喷雾造粒机上进行造粒，去除水分后得到干燥的Zr(OH)4、Ca(OH)3和聚碳硅烷(PCS)的混合球状喂料。喷雾造粒机的参数为：进气温度320℃，腔内温度190℃，出口温度130℃，喷嘴转速30000r/min，浆液进料速度120g/min。
步骤7，将经步骤6造粒后得到的球状粉体置于送粉器中，通过真空等离子喷涂的方式于金属基板表面进行热喷涂，在高温真空条件下Zr(OH)4、Ca(OH)3和聚碳硅烷(PCS)经过分解形成高致密高耐磨、高致密SiC-CSZ复合耐磨热障涂层。真空等离子喷涂的参数为：电流240A，电压50V，一次气体(Ar+N2)流速14.0L/min，二次气体(N2)流速4.0L/min，喷射距离110mm，粉末载气流速5.0L/min，送粉速率3.5g/min。
实施例4
步骤1，配置ZrOCl2·8H2O/Ca(NO3)2·4H2O混合溶液：混合溶液的容积为2000mL，ZrOCl2·8H2O/Ca(NO3)2·4H2O的质量分数为40wt.％，Zr4+的Ca2+摩尔浓度比为94：6。
步骤2，将过量的氨水滴加于步骤1中的混合溶液中并持续搅拌生成白色沉淀：其中氨水的浓度为45％。
步骤3，将聚碳硅烷(PCS)溶于对二甲苯溶液中；配置溶液的容积为350mL，聚碳硅烷(PCS)的质量分数为35wt.％。
步骤4，将步骤3中配置的溶液和一定量的PVA水溶液加入到步骤2中的溶液。PVA水溶液的浓度为8％，其加入量为240mL。
步骤5，将步骤4中的混合物置于辊式球磨机上进行球磨；辊式球磨机的转速为45r/min，球磨时间为28h。
步骤6，将步骤5中经过球磨的浆料在喷雾造粒机上进行造粒，去除水分后得到干燥的Zr(OH)4、Ca(OH)3和聚碳硅烷(PCS)的混合球状喂料。喷雾造粒机的参数为：进气温度330℃，腔内温度180℃，出口温度130℃，喷嘴转速33000r/min，浆液进料速度130g/min。
步骤7，将经步骤6造粒后得到的球状粉体置于送粉器中，通过真空等离子喷涂的方式于金属基板表面进行热喷涂，在高温真空条件下Zr(OH)4、Ca(OH)3和聚碳硅烷(PCS)经过分解形成高致密高耐磨、高致密SiC-CSZ复合耐磨热障涂层。真空等离子喷涂的参数为：电流250A，电压55V，一次气体(Ar+N2)流速15.0L/min，二次气体(N2)流速5.0L/min，喷射距离115mm，粉末载气流速4.5L/min，送粉速率3.8g/min。
利用本发明方法制备的一种高质密SiC-CSZ复合耐磨热障涂层的Zr(OH)4、Ca(OH)2和聚碳硅烷(PCS)的球状混合喂料的SEM图，如图1所示，由图可知，球状喂料是由无数细小的纳米颗粒组成的，有利于其在真空等离子喷涂火焰中分解。
本发明利用聚碳硅烷(PCS)作为SiC的前驱体，同时利用Zr(OH)4、Ca(OH)2作为CSZ涂层的前驱体，利用真空等离子喷涂技术，在真空高温作用下使Zr(OH)4、Ca(OH)2和聚碳硅烷(PCS)同时分解，一步法制备SiC-CSZ热障涂层，生产步骤简便，节省能源，成本低；
利用本发明的方法得到的SiC-CSZ复合热障涂层的XRD和SEM图；如图2及图3所示，从图中可以看出，经过喷涂之后得到的涂层中有四方相的ZrO2和β-SiC，说明经过高温喷枪后Zr(OH)4和Ca(OH)2均完全分解了，且Ca2+溶在了ZrO2的晶格中，起到了稳定ZrO2晶型的作用，聚碳硅烷(PCS)经过高温分解后得到了SiC陶瓷相；另外，制备的涂层非常致密，几乎没有明显的气孔，且分布非常均匀，这有利于提高热障涂层的寿命以及涂层的耐磨性。
图4为制备的SiC-CSZ复合热障涂层的摩擦系数图。由图可知，SiC的引入明显降低了涂层的摩擦系数，提高了CSZ涂层的耐磨性，并且其耐磨性随着SiC含量的增加而升高。当聚碳硅烷的质量分数由0增加到40wt％时，涂层的摩擦系数由0.56降低到0.27，涂层的耐磨性提高了近2倍。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，配置ZrOCl2·8H2O/Ca(NO3)2·4H2O混合溶液A；
步骤2，将过量氨水滴加于步骤1中的混合溶液A并持续搅拌生成白色沉淀；
步骤3，将聚碳硅烷(PCS)溶于对二甲苯溶液中，得到溶液B；
步骤4，将步骤3中的配置的溶液B和PVA水溶液加入到步骤2中的混合溶液A，得到混合物；
步骤5，将步骤4中的混合物于辊式球磨机进行球磨，得到球磨后的浆料；
步骤6，将步骤5中经过球磨的浆料在喷雾造粒机上进行造粒，去除水分后得到干燥的Zr(OH)4、Ca(OH)2和聚碳硅烷的球状混合粉体；
步骤7，将经步骤6造粒后得到的球状混合粉体置于送粉器中，通过真空等离子喷涂的方式在金属基板表面进行热喷涂，在高温火焰条件下Zr(OH)4、Ca(OH)2和聚碳硅烷经过高温分解形成高致密高耐磨、高致密SiC-CSZ复合耐磨热障涂层。
2.根据权利要求1所述的一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤1中，按照混合溶液的容积为2000mL，ZrOCl2·8H2O/Ca(NO3)2·4H2O的质量分数为10wt.％～50wt.％，Zr4+的Ca2+摩尔浓度比为92：8～97：3。
3.根据权利要求1所述的一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤2中，氨水的体积浓度为30～50％。
4.根据权利要求1所述的一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤3中，配置溶液的容积为300～500mL，聚碳硅烷的质量分数为20～40wt.％。
5.根据权利要求1所述的一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤4中，PVA水溶液的质量浓度为5～10％，其加入量为200～300mL。
6.根据权利要求1所述的一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤5中，辊式球磨机的转速为40～60r/min，球磨时间为24～36h。
7.根据权利要求1所述的一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤6中，喷雾造粒机的参数为：喷雾造粒机进气温度为300～350℃，出口温度120～150℃，腔内温度180～200℃，喷嘴速度28000～35000r/min，浆液进料速度100～150g/min。
8.根据权利要求1所述的一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤7中，真空等离子喷涂的参数为：电流220～260A，电压40～60V，一次气体Ar和N2流速12.0～16.0L/min，二次气体N2流速3.0～5.0L/min，喷射距离100～120mm，粉末载气流速4.0～6.0L/min，送粉速率3.0～4.0g/min。
9.一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层，其特征在于，采用权利要求1至8中任一项所述的制备方法制备得到。
CN202110714888.5A 2021-06-25 2021-06-25 一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层及制备方法 Active CN113233907B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110714888.5A CN113233907B (zh) 2021-06-25 2021-06-25 一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层及制备方法
PCT/CN2021/115650 WO2022267222A1 (zh) 2021-06-25 2021-08-31 一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110714888.5A CN113233907B (zh) 2021-06-25 2021-06-25 一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层及制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113233907A true CN113233907A (zh) 2021-08-10
CN113233907B CN113233907B (zh) 2022-05-31

Family

ID=77140915

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110714888.5A Active CN113233907B (zh) 2021-06-25 2021-06-25 一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层及制备方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN113233907B (zh)
WO (1) WO2022267222A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114308574A (zh) * 2021-12-23 2022-04-12 清华大学 用于不粘锅的涂层及其制备方法、用于不粘锅的复合层及不粘锅
WO2022267222A1 (zh) * 2021-06-25 2022-12-29 西安热工研究院有限公司 一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层及制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1740372A (zh) * 2005-09-21 2006-03-01 武汉理工大学 一种液相等离子喷涂制备纳米氧化锆热障涂层的方法
CN1757605A (zh) * 2005-11-03 2006-04-12 山东大学 热障涂层用氧化锆纳米材料的制备方法
CN1865190A (zh) * 2006-06-01 2006-11-22 上海新业喷涂机械有限公司 氧化锆/碳化硅热喷涂复合纳米粉及其生产方法
CN101660115A (zh) * 2009-09-18 2010-03-03 武汉理工大学 纳米氧化锆热障涂层的制备方法
KR20120072884A (ko) * 2010-12-24 2012-07-04 한국세라믹기술원 지르코늄디보라이드-실리콘카바이드 복합소재 및 그 제조방법
CN102557626A (zh) * 2011-12-14 2012-07-11 北京矿冶研究总院 一种稀土改性氧化锆热障涂层用蜂窝状结构球形粉末材料的制备方法
CN109626377A (zh) * 2018-12-18 2019-04-16 广东石油化工学院 一种SiC/ZrO2防护涂层的制备方法
CN109704403A (zh) * 2019-03-15 2019-05-03 中南大学 一种高韧性氧化锆基复合粉及其制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101318829B (zh) * 2008-07-15 2011-01-26 中国人民解放军国防科学技术大学 用SiCf/SiC复合材料制备高温液态金属回路的方法
CN103320741A (zh) * 2013-06-17 2013-09-25 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 一种等离子喷涂纳米结构热障涂层用液体喂料的制备方法
CN113233893B (zh) * 2021-06-25 2022-05-31 西安热工研究院有限公司 一种微纳米碳化硅/氧化钙稳定氧化锆球形喂料及制备方法
CN113233907B (zh) * 2021-06-25 2022-05-31 西安热工研究院有限公司 一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层及制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1740372A (zh) * 2005-09-21 2006-03-01 武汉理工大学 一种液相等离子喷涂制备纳米氧化锆热障涂层的方法
CN1757605A (zh) * 2005-11-03 2006-04-12 山东大学 热障涂层用氧化锆纳米材料的制备方法
CN1865190A (zh) * 2006-06-01 2006-11-22 上海新业喷涂机械有限公司 氧化锆/碳化硅热喷涂复合纳米粉及其生产方法
CN101660115A (zh) * 2009-09-18 2010-03-03 武汉理工大学 纳米氧化锆热障涂层的制备方法
KR20120072884A (ko) * 2010-12-24 2012-07-04 한국세라믹기술원 지르코늄디보라이드-실리콘카바이드 복합소재 및 그 제조방법
CN102557626A (zh) * 2011-12-14 2012-07-11 北京矿冶研究总院 一种稀土改性氧化锆热障涂层用蜂窝状结构球形粉末材料的制备方法
CN109626377A (zh) * 2018-12-18 2019-04-16 广东石油化工学院 一种SiC/ZrO2防护涂层的制备方法
CN109704403A (zh) * 2019-03-15 2019-05-03 中南大学 一种高韧性氧化锆基复合粉及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022267222A1 (zh) * 2021-06-25 2022-12-29 西安热工研究院有限公司 一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层及制备方法
CN114308574A (zh) * 2021-12-23 2022-04-12 清华大学 用于不粘锅的涂层及其制备方法、用于不粘锅的复合层及不粘锅

Also Published As

Publication number Publication date
CN113233907B (zh) 2022-05-31
WO2022267222A1 (zh) 2022-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113233907B (zh) 一种碳化硅-氧化钙稳定氧化锆复合热障涂层及制备方法
US9816392B2 (en) Architectures for high temperature TBCs with ultra low thermal conductivity and abradability and method of making
US7563503B2 (en) Coatings, materials, articles, and methods of making thereof
US8679246B2 (en) Preparation of amorphous mixed metal oxides and their use as feedstocks in thermal spray coating
JP5180987B2 (ja) 高密度及びナノ結晶粒スピネル系負温度係数サーミスタ厚膜の製造方法
CN113233893B (zh) 一种微纳米碳化硅/氧化钙稳定氧化锆球形喂料及制备方法
CN110396002A (zh) 一种高温抗氧化耐烧蚀非氧化物基致密涂层的制备方法
CN105036146A (zh) 一种球形纳米硅酸锆粉体的制备方法
CN110106463A (zh) 一种具有层间孔隙结构热障涂层的制备方法
CA2985177A1 (en) Powder for thermal spraying, thermal spraying method, and thermally sprayed coating
CN102531015A (zh) 一种多孔氧化铝超细粉体的制备方法
CN113403567B (zh) 一种纳米氧化钇稳定氧化锆热障涂层及制备方法
KR101458815B1 (ko) 서스펜션 플라즈마 용사를 이용한 열차폐 코팅층의 제조방법
CN101891193B (zh) 一种溶胶凝胶法制备纳米碳化钒
Ansar et al. Nanostructured functional layers for solid oxide fuel cells
CN112941477A (zh) 一种致密七铝酸十二钙陶瓷旋转靶材的制备方法
CN113957379B (zh) 一种N-SiC/Al2O3纳米复合防腐蚀涂层及其制备方法
CN114622153B (zh) 一种玻璃改性氧化铈稳定氧化锆热障涂层及其制备方法
CN113430481B (zh) 一种碳化钨-氧化钇稳定氧化锆复合热障涂层及制备方法
CN112299883B (zh) 一种碳化硅加热元件的耐高温保护涂层及其制备方法
CN114540740B (zh) 一种硼硅玻璃改性氧化钇稳定氧化锆热障涂层及其制备方法
JP5606125B2 (ja) 溶射粉末の製造方法、タービン部材及びガスタービン
CN108751963A (zh) 一种耐热型纳米陶瓷涂层的制备方法
CN114015963B (zh) 一种具有垂直裂缝结构的低热导率热障涂层及其制备方法
KR102157204B1 (ko) 피막 형성용 분말 공급 장치

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant