CN113897574B - 一种具有红外低发射率的隐身涂层及其制备方法与应用 - Google Patents

一种具有红外低发射率的隐身涂层及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113897574B
CN113897574B CN202111169775.8A CN202111169775A CN113897574B CN 113897574 B CN113897574 B CN 113897574B CN 202111169775 A CN202111169775 A CN 202111169775A CN 113897574 B CN113897574 B CN 113897574B
Authority
CN
China
Prior art keywords
coating
ceramic layer
stealth coating
stealth
ysz ceramic
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.)
Active
Application number
CN202111169775.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113897574A (zh
Inventor
张小锋
殷举航
刘敏
邓春明
邓畅光
邓子谦
毛杰
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.)
Institute of New Materials of Guangdong Academy of Sciences
Original Assignee
Institute of New Materials of Guangdong Academy of Sciences
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 Institute of New Materials of Guangdong Academy of Sciences filed Critical Institute of New Materials of Guangdong Academy of Sciences
Priority to CN202111169775.8A priority Critical patent/CN113897574B/zh
Publication of CN113897574A publication Critical patent/CN113897574A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113897574B publication Critical patent/CN113897574B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/10Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/024Deposition of sublayers, e.g. to promote adhesion of the coating
    • C23C14/025Metallic sublayers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08Oxides
    • C23C14/083Oxides of refractory metals or yttrium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06Metallic material
    • C23C4/073Metallic material containing MCrAl or MCrAlY alloys, where M is nickel, cobalt or iron, with or without non-metal elements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/134Plasma spraying
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41HARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H3/00Camouflage, i.e. means or methods for concealment or disguise

Landscapes

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

Abstract

本发明公开了一种具有红外低发射率的隐身涂层及其制备方法与应用,属于涂层技术领域。该隐身涂层包括YSZ陶瓷层,YSZ陶瓷层具有羽毛柱状晶,且羽毛柱状晶之间的间隙为不超过1μm。具有上述结构的YSZ陶瓷层不仅在高温下具有良好的稳定性和隔热性能,而且能够增大涂层对红外光的反射和后向散射,降低涂层的发射率。其制备方法包括以下步骤:采用等离子喷涂‑物理气相沉积方式制备YSZ陶瓷层,该方法简单易操作,推广性强。上述隐身涂层可用于作为飞行器的红外隐身涂层,满足飞行器在高温条件下的隐身需求。

Description

一种具有红外低发射率的隐身涂层及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及涂层技术领域,具体而言,涉及一种具有红外低发射率的隐身涂层及其制备方法与应用。
背景技术
随着军事技术的发展,红外隐身涂层变得至关重要,而红外隐身技术的关键在于降低目标飞行器的红外辐射强度。根据玻尔兹曼定律:红外辐射强度E=εσT4,其中,ε为材料的发射率,T为物体表面的热力学温度,σ为玻尔兹曼常数,因此,要降低红外辐射强度,最主要是降低材料的温度和发射率,热障涂层具有低发射率这将使红外隐身性能起到双倍的作用。因此制备低发射率且隔热性能好的热障涂层至关重要。
传统制备热障涂层的方法主要有大气等离子喷涂(APS)和电子束-物理气相沉积(EB-PVD)。
APS主要以半融和熔融粒子为主,沉积层状的涂层,虽然涂层的隔热性能较好,但是结合强度差。EB-PVD主要以气相粒子为主,沉积羽毛柱状的涂层,但涂层热导率较高,隔热性能差,对红外光吸收差。
鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种具有红外低发射率的隐身涂层,该隐身涂层不仅在高温下具有良好的稳定性和隔热性能,而且能够增大涂层对红外光的反射和后向散射,降低涂层的发射率。
本发明的目的之二在于提供一种上述隐身涂层的制备方法。
本发明的目的之三在于提供一种上述隐身涂层的应用。
本发明的目的之四在于提供一种具有上述隐身涂层的飞行器。
本申请可这样实现:
第一方面,本申请提供一种具有红外低发射率的隐身涂层,该隐身涂层包括YSZ陶瓷层,YSZ陶瓷层具有羽毛柱状晶,且羽毛柱状晶之间的间隙不超过1μm。
在可选的实施方式中,羽毛柱状晶之间的间隙为圆形孔隙。
在可选的实施方式中,YSZ陶瓷层的孔隙率小于5%。
在可选的实施方式中,YSZ陶瓷层的厚度为150-200μm。
在可选的实施方式中,隐身涂层还包括用于设置于基底及YSZ陶瓷层之间的NiCoCrAlY粘结层。
在可选的实施方式中,NiCoCrAlY粘结层的厚度为150-200μm。
在可选的实施方式中,基底的温度为1200-1600℃。
在可选的实施方式中,基底材料为合金材料。
在可选的实施方式中,合金材料包括Ni、Co、Cr、Mo、Al及Ti中的至少一种。
第二方面,本申请提供如前述实施方式任一项的隐身涂层的制备方法,包括以下步骤:制备YSZ上述陶瓷层。
在可选的实施方式中,采用等离子喷涂-物理气相沉积方式制备YSZ陶瓷层,制备过程中,喷涂距离为600-800mm。
在可选的实施方式中,YSZ陶瓷层的制备条件还包括:喷涂气体包括氩气和氦气,氩气的流量为30-40L/min,氦气的流量为50-70L/min,喷涂功率为100-130Kw。
在可选的实施方式中,先于基底表面沉积NiCoCrAlY粘结层,再于NiCoCrAlY粘结层的表面沉积YSZ陶瓷层。
在可选的实施方式中,沉积YSZ陶瓷层之前,还包括对NiCoCrAlY粘结层进行抛光处理。
在可选的实施方式中,抛光至NiCoCrAlY粘结层的摩擦系数为1-2μm。
在可选的实施方式中,NiCoCrAlY粘结层的制备条件包括:喷涂气体包括氩气和氢气,氩气的流量为50-70L/min,氢气的流量为5-10L/min,喷涂电流为600-700A,喷涂距离为200-300mm。
在可选的实施方式中,在沉积NiCoCrAlY粘结层之前,还包括对基底进行前处理。
在可选的实施方式中,前处理包括:对基底的待沉积面进行超声清洗处理,随后再进行喷砂粗化处理。
在可选的实施方式中,超声清洗处理所用试剂包括丙酮和酒精。
在可选的实施方式中,喷砂粗化处理条件包括:喷砂压力为0.2-0.4MPa,喷砂角度为50-70°,喷砂距离为100-120mm,喷砂时间为1-2min。
在可选的实施方式中,喷砂粗化处理所用砂为46#棕刚玉砂。
第三方面,本申请提供如前述实施方式任一项的隐身涂层的应用,例如用于作为飞行器的红外隐身涂层。
第四方面,本申请提供一种飞行器,其具有如前述实施方式任一项的隐身涂层。
本申请的有益效果包括:
本申请提供的YSZ陶瓷层具有羽毛柱状晶且羽毛柱状晶之间的间隙不超过1μm,该涂层中具有的羽毛柱状晶使涂层热导率低,隔热性好;所含的羽毛柱状晶的间隙细小,使得涂层整体呈现出层状状态,不仅结合能力明显得到提高,而且能够增大涂层对红外光的反射和后向散射,明显降低了涂层的发射率。其制备方法简单易操作,推广性强。上述隐身涂层可用于作为飞行器的红外隐身涂层,满足飞行器在高温条件下的隐身需求。
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为本申请试验例1中实施例1制备得到的涂层的SEM图;
图2为本申请试验例1中对比例1制备得到的涂层的SEM图;
图3为本申请试验例2中实施例1制备得到的涂层的红外发射率测试结果图;
图4为本申请试验例2中对比例1制备得到的涂层的红外发射率测试结果图;
图5为本申请试验例3中对比例3制备得到的涂层的SEM图;
图6为本申请试验例4中对比例3制备得到的涂层的红外发射率测试结果图。
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。
下面对本申请提供的具有红外低发射率的隐身涂层及其制备方法与应用进行具体说明。
就目前制备热障涂层的常用方法而言,APS方法得到的涂层结合强度差,稳定性不高,EB-PVD方法得到的涂层热导率较高,隔热性能差,其原因可能在于其制备的涂层具有无分枝的柱状结构。需要说明的是,虽采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)可以通过参数调控可实现气液固、气液、气相等多相或单相沉积,获得羽毛柱状结构涂层,使得涂层热导率较低,并且结合强度较高。但该方式获得的涂层发射率较大,不利于红外隐身性能。故,目前红外低发射率的隐身涂层并不会采用PS-PVD方式进行制备。
鉴于此,发明人经长期研究,创造性地提出了通过采用PS-PVD方式制备既能高温下具有良好的稳定性和隔热性能,又能具有较低发射率的隐身涂层的方法。
本申请提出一种具有红外低发射率的隐身涂层,该隐身涂层包括YSZ陶瓷层,YSZ陶瓷层具有羽毛柱状晶,且羽毛柱状晶之间的间隙不超过1μm。具体的,上述羽毛柱状晶之间的间隙为圆形孔隙,此处“圆形孔隙”并不限定为严格意义上的“圆形”,其可以是接近圆形的形状。该圆形孔隙能够增加后向散射,降低涂层的反射率。
需要说明的是,发明人发现,之所以无法通过目前的PS-PVD方法制备得到的既能高温下具有良好的稳定性和隔热性能,又能具有较低发射率的隐身涂层的原因在于:目前PS-PVD方法的常规工艺条件制备出的羽毛柱状结构之间存在的间隙为条状间隙,间隙尺寸约为10μm左右,该范围下的条状间隙会促进涂层对红外光的吸收,导致涂层的发射率增大,从而达不到红外隐身的效果。
而本申请通过将羽毛柱状晶之间的间隙设置成不超过1μm,在该条件下,涂层中所含的羽毛柱状晶的间隙较细,使得涂层整体呈现出层状状态。需强调的是,现有技术中APS方式虽能制备出层状状态的涂层,但其涂层的结合能力差,不稳定;而本申请的YSZ陶瓷层既具有羽毛柱状晶(可降低涂层热导率,提高涂层隔热性能和结合力),同时其还具有层状状态(可增大对红外光的反射,降低涂层发射率)。此外,上述不超过1μm的间隙尺寸与红外发射波长较为接近,对红外光具有更强的反射效果。
本申请中,YSZ陶瓷层的孔隙率小于5%,例如小于5%、小于4.5%、小于3%、小于2.5%、小于2%、小于1.5%、小于1%等,优选在3%左右。而现有技术中相应涂层的孔隙率大约在10%左右。在此条件下,本申请的涂层较现有技术涂层不仅结合能力明显得到提高,而且会明显降低涂层的发射率。
在可选的实施方式中,YSZ陶瓷层的厚度可以为150-200μm,如150μm、160μm、170μm、180μm、190μm或200μm等,也可以为150-200μm范围内的其它任意值。
YSZ陶瓷层在上述厚度范围下,结合其所具有的孔隙率和柱状晶之间的间隙,能够使涂层具有更低的发射率和更强的隔热性能及结合力。
在可选的实施方式中,隐身涂层还包括用于设置于基底及YSZ陶瓷层之间的NiCoCrAlY粘结层,以作为过渡层进一步提高YSZ陶瓷层和基底之间的结合力。
可参考地,上述NiCoCrAlY粘结层的厚度可以为150-200μm,如150μm、160μm、170μm、180μm、190μm或200μm等,也可以为150-200μm范围内的其它任意值。
可参考地,本申请所用的基底为高温合金基底,该基底的温度可以为1200-1600℃,如1200℃、1300℃、1400℃、1500℃或1600℃等,也可以为1200-1600℃范围内的其它温度值。若基底温度较低,涂层中有大量细小颗粒,沉积柱状晶之间及内部形成较为疏松的柱状晶结构,涂层内部缺陷较大。
上述基底所采用的合金材料例如可包括Ni、Co、Cr、Mo、Al和Ti中的至少一种。
相应地,本申请还提供了上述隐身涂层的制备方法,包括以下步骤:制备YSZ上述陶瓷层。
在可选的实施方式中,采用等离子喷涂-物理气相沉积方式制备上述YSZ陶瓷层,制备过程中,喷涂距离为600-800mm,如600mm、620mm、650mm、680mm、700mm、720mm、750mm、780mm或800mm等,也可以为600-800mm范围内的其它任意值。
需要强调的,通过将PS-PVD的喷涂距离设置为600-800mm,有利于获得既能高温下具有良好的稳定性和隔热性能,又能具有较低发射率的隐身涂层。当喷涂距离远于800mm,制备所得的涂层为常规的羽毛柱状涂层,柱状晶之间的间隙为长条状间隙,且间隙尺寸在10μm左右,反而会导致涂层的发射率增大;而当喷涂距离短于600mm,会导致涂层过于致密,圆形的散射体的减少会降低涂层的后向散射,导致发射率增大。
较佳地,YSZ陶瓷层的制备条件还包括:喷涂气体包括氩气和氦气,氩气的流量为30-40L/min,氦气的流量为50-70L/min,喷涂功率为100-130Kw。
可参考地,氩气的流量可以为30L/min、32L/min、35L/min、38L/min或40L/min等,也可以为30-40L/min范围内的其它任意值。氦气的流量可以为50L/min、52L/min、55L/min、58L/min、60L/min、62L/min、65L/min、68L/min或70L/min等,也可以为50-70L/min范围内的其它任意值。喷涂功率可以为100Kw、105Kw、110Kw、115Kw、120Kw、125Kw或130Kw等,也可以为100-130Kw范围内的其它任意值。
其中,喷涂功率主要影响涂层的结构,若喷涂功率低于100Kw容易导致粉体液化或者气化不充分,不能形成完整的涂层;高于130Kw容易导致粉体过分气化,形成的羽毛柱状晶较细。
较佳地,先于基底表面沉积NiCoCrAlY粘结层,再于NiCoCrAlY粘结层的表面沉积YSZ陶瓷层。
在可选的实施方式中,沉积YSZ陶瓷层之前,还包括对NiCoCrAlY粘结层进行抛光处理。可参考地,抛光至NiCoCrAlY粘结层的摩擦系数为1-2μm。
可参考地,NiCoCrAlY粘结层的制备条件例如可包括:喷涂气体包括氩气和氢气,氩气的流量为50-70L/min,氢气的流量为5-10L/min,喷涂电流为600-700A,喷涂距离为200-300mm。
其中,氩气的流量可以为50L/min、55L/min、60L/min、65L/min或70L/min等,也可以为50-70L/min范围内的其它任意值。氢气的流量可以为5L/min、6L/min、7L/min、8L/min、9L/min或10L/min等,也可以为5-10L/min范围内的其它任意值。喷涂电流可以为600A、620A、650A、680A或700A等,也可以为600-700A范围内的其它任意值。喷涂距离可以为200mm、220mm、250mm、280mm或300mm等,也可以为200-300mm范围内的其它任意值。
进一步地,在沉积NiCoCrAlY粘结层之前,还可包括对基底进行前处理。
在可选的实施方式中,前处理包括:对基底的待沉积面进行超声清洗处理,随后再进行喷砂粗化处理。
其中,超声清洗处理所用试剂例如可包括丙酮和酒精。超声清洗可起到除锈除油等作用。
喷砂粗化处理条件例如可包括:喷砂压力为0.2-0.4MPa,喷砂角度为50-70°,喷砂距离为100-120mm,喷砂时间为1-2min。
其中,喷砂压力可以为0.2MPa、0.25MPa、0.3MPa、0.35MPa或0.4MPa等,也可以为0.2-0.4MPa范围内的其它任意值。喷砂角度可以为50°、55°、60°、65°或70°等,也可以为50-70°范围内的其它任意值。喷砂距离可以为100mm、120mm、150mm、180mm或200mm等,也可以为100-200mm范围内的其它任意值。喷砂时间可以为1min、1.5min或2min等,也可以为1-2min范围内的其它任意值。
优选地,喷砂压力为0.3MPa,喷砂角度为60°,喷砂距离为120mm,喷砂时间为1min。
上述喷砂压力过低会导致基底的粗糙度较低,涂层与基底之间的结合强度将降低,喷砂压力过高会导致基底的粗糙度较高,影响涂层的生长。
在可选的实施方式中,喷砂粗化处理所用砂为46#棕刚玉砂。
承上,通过按上述方法和条件进行离子喷涂-物理气相沉积,依次将合金粉末和陶瓷粉末经熔融、气化等过程先后喷涂到高温合金基体上,获得具有高隔热性能及红外低发射率的隐身涂层。
此外,本申请还提供了上述隐身涂层的应用,例如用于作为飞行器的红外隐身涂层。
相应地,本申请还提供了一种飞行器,其具有上述隐身涂层。
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
本实施例提供一种具有红外低发射率的隐身涂层,其经以下方法制备得到:
步骤1、选择纯度大于99.9wt%的YSZ粉体和NiCoCrAlY粉体,将两种粉体进行干燥(放进90℃的炉子里进行干燥0.5h),备用。
需说明的是,在其它实施方式中,可直接采用已经干燥好的相应粉体。
步骤2、使用丙酮和酒精分别对高温合金基底(主要材质为Ni)表面进行超声清洗处理,然后使用46#棕刚玉砂,喷砂压力选择0.3MPa,喷砂角度60°,喷砂距离为120mm,喷砂时间大约1min,对清洁的基体表面进行喷砂粗化处理。
步骤3、采用PS-PVD技术在高温合金基底表面喷涂NiCoCrAlY粉体,制备粘结层。所用气体为氩气和氢气,上述气体流量分别为60L/min和8L/min。其喷涂电流为650A,喷涂距离为270mm。随后对所得的粘结层进行表面抛光处理。
步骤4、采用PS-PVD技术在NiCoCrAlY粘结层表面喷涂YSZ粉体,制备YSZ陶瓷层。所用气体为氩气和氦气,上述气体流量为分别为30L/min和60L/min。其喷涂功率为128Kw,喷涂距离为800mm。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于:YSZ陶瓷层制备过程中的气体流量分别为40L/min和65L/min。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于:YSZ陶瓷层制备过程中的氩气流量为40L/min,喷涂功率为130kW。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于:YSZ陶瓷层制备过程中的氩气流量为40L/min,氦气流量为65L/min,喷涂功率为130kW。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于:YSZ陶瓷层制备过程中的氩气流量为35L/min,氦气流量为50L/min,喷涂功率为100kW,喷涂距离为600mm。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于:YSZ陶瓷层制备过程中的氩气流量为35L/min,氦气流量为70L/min,喷涂功率为110kW,喷涂距离为700mm。
实施例7
本实施例与实施例1的区别在于:NiCoCrAlY粘结层制备过程中氩气和氢气的流量分别为50L/min和5L/min。其喷涂电流为600A,喷涂距离为200mm。
实施例8
本实施例与实施例1的区别在于:NiCoCrAlY粘结层制备过程中氩气和氢气的流量分别为70L/min和10L/min。其喷涂电流为700A,喷涂距离为300mm。
实施例9
本实施例与实施例1的区别在于:喷砂处理过程中,喷砂压力选择0.2MPa,喷砂角度50°,喷砂距离为100mm,喷砂时间大约1.5min。
实施例10
本实施例与实施例1的区别在于:喷砂处理过程中,喷砂压力选择0.4MPa,喷砂角度70°,喷砂距离为110mm,喷砂时间大约2min。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于:YSZ陶瓷层制备过程中的喷涂距离为1000mm。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于:YSZ陶瓷层制备过程中的喷涂距离为1200mm。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于:YSZ陶瓷层制备过程中的喷涂距离为500mm。
试验例1
以实施例1和对比例1制备得到的涂层为例,对上述两个方案所得的涂层的截面进行扫描电镜观察,其SEM图分别如图1和图2所示。
由图1可看出,本申请实施例1得到的隐身涂层中YSZ陶瓷层类似于层状结构,且涂层内部的孔隙为细小的圆形孔隙,致密性高,使得该陶瓷层整体呈现出层状状态。
由图2可以看出,对比例1得到的隐身涂层中YSZ陶瓷层为普通的羽毛柱状结构,柱状结构之间的间隙为条状间隙,尺寸较大,陶瓷层整体不能呈现出层状状态。
试验例2
以实施例1和对比例1制备得到的涂层为例,对上述两个方案所得的涂层进行红外发射率测试(波长2-14μm),其结果如图3和图4所示。
由图3和图4对比可以看出,本申请实施例1得到的隐身涂层其在3-5μm的平均发射率为0.66,较对比例1的平均发射率低0.1左右。
试验例3
以实施例1和对比例3制备得到的涂层为例,对上述两个方案所得的涂层的截面进行扫描电镜观察,其SEM图分别如图1和图5所示。
由图1可看出,本申请实施例1得到的隐身涂层中YSZ陶瓷层类似于层状结构,且涂层内部的孔隙为细小的圆形孔隙,致密性高,使得该陶瓷层整体呈现出层状状态。
由图5可以看出,对比例3得到的隐身涂层中YSZ陶瓷层为致密的层状结构,涂层的致密度比实施例1的涂层高,且内部的圆形孔隙较少,由于该对比例3制备的涂层较致密,圆形孔洞较少,导致其对应的涂层的散射减少,发射率增大。
试验例4
以实施例1和对比例3制备得到的涂层为例,对上述两个方案所得的涂层进行红外发射率测试(波长2-14μm),其结果如图3和图6所示。
由图3和图6对比可以看出,本申请实施例1得到的隐身涂层3-5μm的平均发射率比对比例3的涂层低0.05左右。
试验例5
对上述实施例1以及对比例1-3所得的隐身涂层进行性能测试,其中,导热率参照《Q/AVIC 06019》进行测定,结合强度参照《GB/T 8642-2002》进行测定,红外发射率参照《GB/T 21186-2007》进行测定。其结果如表1所示。
表1性能测试结果
由表1可以看出,本发明所制备的YSZ热障涂层不仅具有较低的热导率和较高的结合强度,并且其发射率是最低的,因此本发明方法是可行的。
综上,本申请提供的隐身涂层不仅在高温下具有良好的稳定性和隔热性能,而且能够增大涂层对红外光的反射和后向散射,降低涂层的发射率。其制备方法简单易操作,推广性强。上述隐身涂层可用于作为飞行器的红外隐身涂层,满足飞行器在高温条件下的隐身需求。
以上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 (18)

1.一种具有红外低发射率的隐身涂层,其特征在于,所述隐身涂层包括YSZ陶瓷层,所述YSZ陶瓷层具有羽毛柱状晶,且羽毛柱状晶之间的间隙不超过1μm;
所述羽毛柱状晶之间的间隙为圆形孔隙;所述YSZ陶瓷层的孔隙率小于5%;所述YSZ陶瓷层的厚度为150-200μm;
采用等离子喷涂-物理气相沉积方式制备所述YSZ陶瓷层,制备过程中,喷涂距离为800mm;喷涂气体包括氩气和氦气,所述氩气的流量为30L/min,所述氦气的流量为60L/min,喷涂功率为128kW。
2.根据权利要求1所述的隐身涂层,其特征在于,所述隐身涂层还包括用于设置于基底及所述YSZ陶瓷层之间的NiCoCrAlY粘结层。
3.根据权利要求2所述的隐身涂层,其特征在于,所述NiCoCrAlY粘结层的厚度为150-200μm。
4.根据权利要求2所述的隐身涂层,其特征在于,所述基底的温度为1200-1600℃。
5.根据权利要求2所述的隐身涂层,其特征在于,所述基底的材料为合金材料。
6.根据权利要求5所述的隐身涂层,其特征在于,所述合金材料包括Ni、Co、Cr、Mo、Al和Ti中的至少一种。
7.如权利要求1-6任一项所述的隐身涂层的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:制备所述YSZ陶瓷层。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,先于基底表面沉积NiCoCrAlY粘结层,再于所述NiCoCrAlY粘结层的表面沉积所述YSZ陶瓷层。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,沉积所述YSZ陶瓷层之前,还包括对所述NiCoCrAlY粘结层进行抛光处理。
10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,抛光至所述NiCoCrAlY粘结层的摩擦系数为1-2μm。
11.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述NiCoCrAlY粘结层的制备条件包括:喷涂气体包括氩气和氢气,所述氩气的流量为50-70L/min,所述氢气的流量为5-10L/min,喷涂电流为600-700A,喷涂距离为200-300mm。
12.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,在沉积所述NiCoCrAlY粘结层之前,还包括对所述基底进行前处理。
13.根据权利要求12所述的制备方法,其特征在于,前处理包括:对所述基底的待沉积面进行超声清洗处理,随后再进行喷砂粗化处理。
14.根据权利要求13所述的制备方法,其特征在于,超声清洗处理所用试剂包括丙酮和酒精。
15.根据权利要求13所述的制备方法,其特征在于,喷砂粗化处理条件包括:喷砂压力为0.2-0.4MPa,喷砂角度为50-70°,喷砂距离为100-120 mm,喷砂时间为1-2 min。
16.根据权利要求15所述的制备方法,其特征在于,喷砂粗化处理所用砂为46#棕刚玉砂。
17.如权利要求1-6任一项所述的隐身涂层的应用,其特征在于,所述隐身涂层用于作为飞行器的红外隐身涂层。
18.一种飞行器,其特征在于,所述飞行器具有如权利要求1-6任一项所述的隐身涂层。
CN202111169775.8A 2021-10-08 2021-10-08 一种具有红外低发射率的隐身涂层及其制备方法与应用 Active CN113897574B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111169775.8A CN113897574B (zh) 2021-10-08 2021-10-08 一种具有红外低发射率的隐身涂层及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111169775.8A CN113897574B (zh) 2021-10-08 2021-10-08 一种具有红外低发射率的隐身涂层及其制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113897574A CN113897574A (zh) 2022-01-07
CN113897574B true CN113897574B (zh) 2023-11-03

Family

ID=79190327

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111169775.8A Active CN113897574B (zh) 2021-10-08 2021-10-08 一种具有红外低发射率的隐身涂层及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113897574B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116120040B (zh) * 2022-11-28 2024-07-30 湘潭大学 一种低红外发射率陶瓷材料及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109628929A (zh) * 2019-01-07 2019-04-16 广东省新材料研究所 一种热障涂层及其制备方法与应用、航空发动机涡轮叶片
CN112095067A (zh) * 2020-08-25 2020-12-18 电子科技大学 一种耐高温红外低发射率涂层的制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10106882B2 (en) * 2015-10-12 2018-10-23 United Technologies Corporation Method of forming a multi-layered coating with columnar microstructure and branched columnar microstructure

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109628929A (zh) * 2019-01-07 2019-04-16 广东省新材料研究所 一种热障涂层及其制备方法与应用、航空发动机涡轮叶片
CN112095067A (zh) * 2020-08-25 2020-12-18 电子科技大学 一种耐高温红外低发射率涂层的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Juhang Yin 等."Power controlled microstructure and infrared properties of air plasma spraying based on YSZ coatings".《Surface & Coatings Technology》.2021,第426卷127768-1-127768-8. *
邓子谦 等."等离子喷涂-物理气相沉积的气相沉积机理".《无机材料学报》.2017,第32卷(第12期),1285-1291. *
邓子谦 等."等离子喷涂-物理气相沉积的气相沉积机理".《无机材料学报》.2017,第32卷(第12期),摘要、实验方法以及结果与讨论部分. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113897574A (zh) 2022-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1866455B1 (en) Thermal spray feedstock composition
CN111809094B (zh) 一种耐高温氧化的高熵合金、热障涂层及热障涂层的制备方法
EP1999288B1 (en) Method for forming a ceramic containing composite structure
US20170022595A1 (en) Plasma-Resistant Component, Method For Manufacturing The Plasma-Resistant Component, And Film Deposition Apparatus Used For Manufacturing The Plasma-Resistant Component
JP2013532770A (ja) 半導体用途用の溶射複合コーティング
US20130101745A1 (en) Method for preparing a multilayer coating on a substrate surface by means ofthermal spraying
CN111848220B (zh) Mb2基超高温陶瓷涂层及其制备方法
CN108359927B (zh) 一种NiCr/Al2O3复合涂层的制备方法
CN109628929A (zh) 一种热障涂层及其制备方法与应用、航空发动机涡轮叶片
JP2021500480A (ja) 耐プラズマ性コーティング膜の製造方法及びこれにより形成された耐プラズマ性部材
CN107338433A (zh) 一种镁合金表面非晶合金涂层的制备方法
CN114045455B (zh) 利用钇类颗粒粉末的钇类热喷涂皮膜及其制备方法
CN113897574B (zh) 一种具有红外低发射率的隐身涂层及其制备方法与应用
Dubourg et al. Properties of alumina–titania coatings prepared by laser-assisted air plasma spraying
CN108411242B (zh) 一种具有抗粒子冲刷表面层的热障涂层及其制备方法
CN114044674A (zh) 热喷涂用钇类颗粒粉末、其制备方法及热喷涂皮膜
CN114059000A (zh) 热喷涂用钇类颗粒粉末、钇类粒子以及它们的制备方法
CN115011905A (zh) 一种热障涂层及其制备方法和应用
KR102356172B1 (ko) 내플라즈마성 코팅막의 제조방법
CN114438435B (zh) 一种热障涂层及其制备方法
CN114752881B (zh) 一种抗cmas腐蚀热障涂层的制备方法以及由此得到的热障涂层
JP3695790B2 (ja) ターゲットとその製造方法および高屈折率膜の形成方法
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
Wilden et al. Synthesis of Si–C–N coatings by thermal Plasmajet chemical vapour deposition applying liquid precursors
CN110158018B (zh) 一种Al/AlN复合涂层及其制备方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant