CN114213155B - 一种二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层及其制备方法 - Google Patents

一种二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114213155B
CN114213155B CN202111313696.XA CN202111313696A CN114213155B CN 114213155 B CN114213155 B CN 114213155B CN 202111313696 A CN202111313696 A CN 202111313696A CN 114213155 B CN114213155 B CN 114213155B
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon carbide
gadolinium oxide
coating
hafnium diboride
oxide composite
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
CN202111313696.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN114213155A (zh
Inventor
柳彦博
谢明劭
刘少璞
王一帆
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.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
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 Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Publication of CN114213155A publication Critical patent/CN114213155A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114213155B publication Critical patent/CN114213155B/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
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81—Coating or impregnation
    • C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
    • C04B41/87—Ceramics
    • 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
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • 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
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
    • C04B41/5062—Borides, Nitrides or Silicides
    • C04B41/5071—Silicides
    • 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

Abstract

本发明提供了一种二硼化铪‑碳化硅‑二硅化钽‑氧化钆复合涂层及其制备方法，属于复合涂层技术领域。本发明使用二硼化铪‑碳化硅‑二硅化钽‑氧化钆复合粉体作为涂层原料，不仅保持了传统体系二硼化铪‑碳化硅较强的高温抗氧化能力，还利用二硅化钽添加相来稳定氧化物的晶型转变以及补充玻璃相，利用氧化钆添加相来提高涂层整体发射率和增强玻璃相黏度的作用，进一步提高涂层的高温抗氧侵蚀的能力。本发明采用大气等离子喷涂的方式制备涂层，具有工艺简单、易于控制、生产效率高和成本低等优点，同时能够实现涂层厚度可控、减少涂层缺陷、提高涂层致密程度、最大程度保留粉体材料特性等特性。

Description

一种二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层及其制备 方法
技术领域
本发明涉及复合粉体材料材料技术领域，特别涉及一种二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层及其制备方法。
背景技术
碳纤维增强碳基体复合材料(C/C)具有密度小、高温下热膨胀系数低且力学性能优异的特点，被视为最有希望应用在飞行器热端部件的材料之一。但是在400℃以上的有氧环境中，碳纤维增强碳基体复合材料容易被氧化，导致其性能降低。在其表面制备抗氧化烧蚀涂层是有效的方法之一。
现有的抗氧化烧蚀涂层的材料为HfB2/SiC陶瓷复合材料。但是，随着温度的升高，其氧化产物高温发射率较低的问题开始凸显，涂层在服役过程中挥迅速积累大量热能，短时间内涂层表面升至很高的温度，使得涂层中致密硼硅玻璃阻氧层快速汽化，造成涂层阻氧能力下降，引起涂层氧化速率急剧提升，超过涂层服役极限，导致涂层在较短的时间内便发生完全变质以及功能退化，丧失对基体材料的防护。
因此，亟需提供一种具有良好高温氧化性和发射率的陶瓷涂层，以实现对碳纤维增强碳基体复合材料的保护。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层及其制备方法。本发明提供的二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层兼具良好的高温抗氧化性和发射率。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
对基体进行预热，将二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体大气等离子喷涂到预热基体表面，得到二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层；
所述二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体为熔融共晶态，成分包括以下体积百分含量的组分：
Figure BDA0003342815750000021
优选的，所述大气等离子喷涂的主气为氩气，所述主气的流量为80～90L/min；
辅气为氦气，所述辅气的流量为40～50L/min；
载气为氩气，所述载气的流量为11～13L/min。
优选的，所述大气等离子喷涂的电流为850～900A，喷涂距离为65～75mm，喷涂角度为90°，送粉率为1.7～2RPM。
优选的，所述大气等离子喷涂的喷涂次数为3～6次。
优选的，所述基体的表面粗糙度为3～7μm。
优选的，所述预热的温度为100～200℃。
优选的，所述大气等离子喷涂的过程中，还包括对基体进行冷却，所述冷却的方式为压缩空气冷却。
优选的，所述二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体的粒径为20～80μm。
本发明提供了上述制备方法制备得到的二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层。
优选的，所述二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层的厚度为0.15～0.25mm。
本发明提供了一种二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层的制备方法，包括以下步骤：对基体进行预热，将二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体大气等离子喷涂到预热基体表面，得到二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层；所述二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体为熔融共晶态，成分包括以下体积百分含量的组分：二硼化铪56～66.5％；碳化硅12～14.25％；二硅化钽12～14.25％；氧化钆5～20％。本发明使用二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体作为涂层原料，不仅保持了传统体系二硼化铪-碳化硅较强的高温抗氧化能力，还利用二硅化钽添加相来稳定氧化物的晶型转变以及补充玻璃相，利用氧化钆添加相来提高涂层整体发射率和增强玻璃相黏度的作用，进一步提高涂层的高温抗氧侵蚀的能力。本发明所得涂层为超高温陶瓷涂层，在2000℃下具有良好的抗氧化性和发射率。
本发明采用大气等离子喷涂的方式制备涂层，具有工艺简单、易于控制、生产效率高和成本低等优点，同时能够实现涂层厚度可控、减少涂层缺陷、提高涂层致密程度、最大程度保留粉体材料特性等特性。实施例结果表明，本发明所得二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层经氧乙炔烧蚀考核后，涂层的质量损失率为2.77×10-4g/s；经发射率检测，涂层的发射率为0.91。
进一步的，本发明通过控制大气等离子喷涂的主气、辅气、载气的种类和流量，以及大气等离子喷涂的电流、喷涂距离、喷涂角度和送粉率的参数，使二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆粉体材料在喷涂过程中充分熔融且不发生分解，且粉体沉积效率高，涂层孔隙率低，涂层内部未出现明显的成分偏聚和缺陷等现象，从而有利于提升其高温防护能力。
附图说明
图1为实施例1所得二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体的XRD图；
图2为实施例1所得二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层的XRD图；
图3为实施例1所得二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层的表面扫描电子显微镜图；
图4为实施例1所得二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层的截面扫描电子显微镜图；
图5为实施例1所得二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层的截面元素分析图；
图6为实施例1所得二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层烧蚀后的截面扫描电子显微镜图。
具体实施方式
本发明提供了一种二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
对基体进行预热，将二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体大气等离子喷涂到预热基体表面，得到二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层；
所述二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体为熔融共晶态，成分包括以下体积百分含量的组分：
Figure BDA0003342815750000041
本发明先对基体进行预热。在本发明中，所述基体优选为需要进行表面高温抗氧化防护的的基体；进一步的，所述基体优选为碳纤维增强碳基体复合材料、高温合金。
在进行所述预热前，本发明优选对所述基体进行前处理，所述前处理优选包括对基体依次进行清洗和喷砂处理。本发明对所述清洗的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的清洗方式即可。本发明通过所述清洗，去除基体表面附着的灰尘和油污等杂质
在本发明中，所述喷砂处理所用砂料优选为白刚玉，所述白刚玉的粒径优选为20～60目，更优选为30～50目。本发明对所述喷砂处理的具体操作方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的喷砂处理方式即可。在本发明中，所述基体的表面粗糙度优选为3～7μm，更优选为4～6μm。
本发明对所述预热处理的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的加热方式进行预热即可。在本发明中，所述预热的温度为100～200℃，更优选为140～180℃。
所述预热后，本发明将二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体大气等离子喷涂到预热基体表面，得到二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层。在本发明所述二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体为熔融共晶态；以体积百分含量计，本发明提供的二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体包括56～66.5％的二硼化铪，优选为58～65％，更优选为59.5～63％。
以体积百分含量计，本发明提供的二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体包括12～14.25％的碳化硅，优选为12.75～14％，更优选为13.5％。
以体积百分含量计，本发明提供的二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体包括12～14.25％的二硅化钽，优选为12.75～14％，更优选为13.5％。
以体积百分含量计，本发明提供的二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体包括包括5～20％的氧化钆，优选为8～18％，更优选为10～15％，进一步优选为12～14％。
在本发明中，所述二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体的粒径优选为20～80μm，更优选为30～60μm，进一步优选为40～50μm。
在本发明中，所述二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体的流动性优选为9.25～12.85s/50g，更优选为10.73s/50g；松装密度优选为6.26～6.47g/cm3，更优选为6.39g/cm3。
在本发明中，所述二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体的制备方法，包括以下步骤：
(1)将二硼化铪粉、碳化硅粉、二硅化钽粉、氧化钆粉、粘结剂和极性分散溶剂混合，得到前驱体粉体分散液；
(2)对所述前驱体粉体分散液依次进行造粒、球化处理和超声，得到二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体。
本发明将二硼化铪粉、碳化硅粉、二硅化钽粉、氧化钆粉、粘结剂和极性分散溶剂混合，得到前驱体粉体分散液。在本发明中，所述二硼化铪粉的粒径优选为1～3μm，更优选为2μm；所述二硼化铪粉的纯度优选≥99.9％。
在本发明中，所述二硅化钽粉的粒径优选为1～3μm，更优选为2μm；所述二硅化钽粉的纯度优选≥99.9％。
在本发明中，所述碳化硅粉的粒径优选为1～3μm，更优选为2μm；所述碳化硅粉的纯度优选≥99.9％。
在本发明中，所述氧化钆粉的中位粒径优选为500nm；所述氧化钆粉的纯度优选≥99.9％。
本发明对所述二硼化铪粉、碳化硅粉、二硅化钽粉、氧化钆粉的来源没有特殊的要求，使用本领域常规市售的上述成分即可。
在本发明中，所述粘结剂优选为聚乙烯醇，所述聚乙烯醇的醇解度优选≥88％，更优选为88～95％；黏度优选为8～10mPa·s，更优选为9mPa·s。
在本发明中，所述极性分散溶剂优选为水或无水乙醇。
在本发明中，所述前驱体粉体分散液中二硼化铪粉、碳化硅粉、二硅化钽粉、氧化钆粉的质量百分含量之和优选为35～60％，更优选为40～50％；所述粘结剂的质量百分含量优选为0.4～0.5％。
在本发明中，所述混合的方式优选为球磨混合。在本发明中，所述球磨混合的转速优选为200～250rpm，更优选为220～240rpm；时间优选≥3h，更优选为4～5h。在本发明中，所述球磨混合的球料比优选为3～5:1，更优选为4:1。
得到所述前驱体粉体分散液后，本发明对所述前驱体粉体分散液依次进行造粒、球化处理和超声，得到二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体。在本发明中，所述造粒优选为喷雾干燥造粒。本发明优选在喷雾干燥造粒塔进行所述造粒。在本发明中，所述喷雾干燥造粒的参数优选包括：
进口温度优选为230～260℃，更优选为250℃；
出口温度优选为120～140℃，更优选为130℃；
喷头转速优选为30～40Hz，更优选为35Hz；
喷雾干燥所用蠕动泵的转速优选为30～35rpm，更优选为32rpm。
所述造粒后，得到二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆团聚粉体，所述二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆团聚粉体的粒径优选≤105μm，更优选为20～80μm。
本发明优选对造粒后所得二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆团聚粉体进行烘干。本发明对所述烘干的具体操作方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的烘干方式即可。
在本发明中，所述球化处理优选为感应等离子球化处理。本发明优选在感应等离子球化设备中进行所述感应等离子球化处理。在本发明中，所述感应等离子球化处理的参数优选包括：功率为40kW，氩气流量为60SCFH，氢气流量为6SCFH，送粉率为5.0RPM。
本发明优选将球化处理后所得粉体分散于水中进行超声。在本发明中，所述超声的功率优选为300～500W，时间优选为20min。
所述超声后，本发明优选对超声后的分散液体进行固液分离，所得粉体依次经过烘干和过筛，得到二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体，所述二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体的粒径优选为20～80μm，更优选为30～60μm，进一步优选为40～50μm。
所述过筛后，本发明优选对所得二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体进行干燥，所述干燥的温度优选为80～200℃，更优选为100～150℃；时间优选为20～30h，更优选为25h。
本发明将二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体大气等离子喷涂到预热基体表面，得到二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层。在本发明中，所述大气等离子喷涂的主气优选为氩气，所述主气的流量优选为80～90L/min，更优选为85L/min；辅气优选为氦气，所述辅气的流量优选为40～50L/min，更优选为45L/min；载气优选为氩气，所述载气的流量优选为11～13L/min，更优选为12L/min。
在本发明中，所述大气等离子喷涂的电流优选为850～900A，更优选为860～880A；喷涂距离优选为65～75mm，更优选为70mm；喷涂角度优选为90°，送粉率优选为1.7～2RPM。更优选为1.8～1.9RPM。
在本发明中，在所述大气等离子喷涂的过程中，本发明还包括对基体进行冷却，所述冷却的方式为压缩空气冷却。
在本发明中，所述大气等离子喷涂的喷涂次数为3次。本发明通过循环喷涂，能够精确控制复合涂层的厚度。
本发明提供了上述制备方法制备得到的二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层。在本发明中，所述二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层的厚度优选为0.15～0.25mm，更优选为0.18～0.2mm。
下面结合实施例对本发明提供的一种二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
以下实施例中：
PVA：纯度≥97％，由北京益利精细化学品有限公司生产。
二硼化铪、碳化硅、二硅化钽原料：粒径为1～3μm，纯度为99.9％，购自北京中金研新材料科技有限公司。
氧化钆原料：粒径500nm，纯度99.9％，购自北京华威锐科公司。
SEM表征：利用日本高新技术株式会社S-4800型冷场发射扫描电子显微镜观察实施例中所制备的二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体的形貌以及所制备的涂层形貌。
XRD分析：利用荷兰PANalytical公司生产的X’PertPROMPD型多晶X射线衍射分析仪对实施例中所制备的复合粉体进行分析；测试条件：Cu的Kα射线，Ni滤波片，管电压40kV，管电流40mA，狭缝尺寸DS＝0.957°，PSD＝2.12，扫描速度4°/min。
流动性测试：采用北京钢铁研究总院制造的FL4-1型霍尔流量计检测所制备的复合粉体的流动性。
涂层烧蚀性能表征：根据GJ B 323A-96烧蚀材料烧蚀试验方法，对制备的涂层进行氧乙炔烧蚀考核，通过质量烧蚀率以及涂层微观结构变化评价涂层体系的好坏。
喷雾干燥造粒塔：无锡东升喷雾造粒干燥机械厂的LGZ-8离心喷雾干燥机。
感应等离子球化设备：加拿大TEKNAPlasmaSystemsInc.公司生产的感应等离子体球化设备。
喷枪：SG100，美国普莱克斯有限公司；
送粉器：MODEL1264，美国普莱克斯有限公司。
氧-乙炔火焰考核：按照GJB 323-1987氧-乙炔烧蚀试验方法进行。
实施例1
(1)将1150g二硼化铪、75g碳化硅、214g二硅化钽、61g氧化钆、7.5gPVA以及2250g去离子水加入到球磨罐中，球料比为4:1，在250r/min下球磨3h，使各成分混合均匀，得到前驱体粉体的悬浊液；
(2)将步骤(1)得到的悬浊液转移至喷雾干燥造粒塔中进行团聚造粒，将造粒后的粉体先置于80℃烘箱中干燥30h，再经过检验筛，得到粒径＜105μm的HfB2-SiC-TaSi2-Gd2O3团聚粉体(HfB2、SiC、TaSi2、Gd2O3的体积比为66.5:14.25:14.25:5)；
其中，喷雾干燥造粒参数为：进口温度250℃，出口温度130℃，喷头转速35Hz，蠕动泵转速30rpm；
(3)将HfB2-SiC-TaSi2-Gd2O3团聚粉体送入感应等离子球化设备中进行球化处理并收集球化后的粉体，将收集的粉体倒入去离子水并超声20min，最终倒去悬浊液只留底部沉积物，置于100℃的烘箱中干燥30h后，再经过检验筛，得到二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体；
其中，感应等离子球化处理参数为：功率40kW，氩气流量60SCFH，氢气流量6SCFH，送粉率5.0RPM。
(4)采用20目～60目的白刚玉砂对待喷涂基体表面进行喷砂处理，并采用压缩空气将基体表面残留的白刚玉砂粒吹干净，使待喷涂表面粗糙度(Ra)达到6μm；
(5)将基体用相应的卡具装夹在工作台上，并为安装喷枪的机械手设定喷涂行走路线程序，喷枪喷涂的角度保持90°；喷涂前，对基体进行预热处理，控制基体的温度为130℃；
(6)将二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体装入送粉器中，采用大气等离子喷涂工艺在已预热的基体上进行陶瓷涂层的喷涂，且喷涂过程中采用压缩空气对基体进行冷却，待喷涂结束后在基体上得到二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层；
优选的大气等离子喷涂的工艺参数：喷枪SG100，主气流量为90L/min，辅气流量为50L/min，载气流量为11L/min，电流为900A，喷涂距离为75mm，送粉率2，主气和载气均为氩气，辅气为氦气，设定喷枪程序喷涂3遍，最终得到厚度约为150μm±10μm的陶瓷涂层。
所得二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体的XRD衍射图谱如图1所示，所得复合涂层的XRD衍射图谱如图2所示。比较图1和图2可以看出，所制备复合涂层能维持原始粉体材料的物相特征，说明原始粉体在喷涂时无明显的氧化等成分转变。
所得复合涂层的表面扫描电子显微镜(SEM)图如图3所示。由图3可以看出，所制备的涂层的表面无明显的缺陷孔洞，粉体熔融堆叠程度紧密。
所得复合涂层的截面扫描电子显微镜(SEM)图如图4所示。由图4可以看出，采用本实施例所制备超高温陶瓷涂层内部无裂纹，空隙较少，致密程度较高。
所得复合涂层的截面元素分布图如图5所示。由图5可以看出，涂层整体元素分布较为均匀，未出现明显的元素偏聚现象。
实施例2
(1)将1101g二硼化铪、72g碳化硅、204g二硅化钽、123g氧化钆、7.5gPVA以及2250g去离子水加入到球磨罐中，球料比为4:1，在400r/min下球磨2h，使各成分混合均匀，得到前驱体粉体的悬浊液；
(2)将步骤(1)得到的悬浊液转移至喷雾干燥造粒塔中进行团聚造粒，将造粒后的粉体先置于150℃烘箱中干燥20h，再经过检验筛，得到粒径＜105μm的HfB2-SiC-TaSi2-Gd2O3团聚粉体(HfB2、SiC、TaSi2、Gd2O3的体积比为63:13.5:13.5:10)；
其中，喷雾干燥造粒参数为：进口温度250℃，出口温度130℃，喷头转速35Hz，蠕动泵转速35rpm；
(3)将HfB2-SiC-TaSi2-Gd2O3团聚粉体送入感应等离子球化设备中进行球化处理并收集球化后的粉体，将收集的粉体倒入去离子水并超声20min，最终倒去悬浊液只留底部沉积物，置于100℃的烘箱中干燥30h后，再经过检验筛，得到粒径为20μm～80μm的二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体；
其中，感应等离子球化处理参数为：功率40kW，氩气流量60SCFH，氢气流量6SCFH，送粉率5.0RPM；
(4)采用20目～60目的白刚玉砂对待喷涂基体表面进行喷砂处理，并采用压缩空气将基体表面残留的白刚玉砂粒吹干净，使待喷涂表面粗糙度(Ra)达到6μm；
(5)将基体用相应的卡具装夹在工作台上，并为安装喷枪的机械手设定喷涂行走路线程序，喷枪喷涂的角度保持90°；喷涂前，对基体进行预热处理，控制基体的温度为130℃；
(6)将二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体(粒径为20μm～80μm；体积比63:13.5:13.5:10)装入送粉器中，采用大气等离子喷涂工艺在已预热的基体上进行陶瓷涂层的喷涂，且喷涂过程中采用压缩空气对基体进行冷却，待喷涂结束后在基体上得到二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层；
大气等离子喷涂的工艺参数：喷枪SG100，主气流量为90L/min，辅气流量为50L/min，载气流量为12L/min，电流为900A，喷涂距离为70mm，送粉率2，主气和载气均为氩气，辅气为氦气，设定喷枪程序来回喷涂3遍，最终得到厚度约为150μm±10μm的陶瓷层。
对所制备涂层进行XRD表征，根据表征结果可知，所制备涂层维持原始粉体的物相特征。根据涂层表面、截面SEM表征结果可知，所制备涂层致密且均匀性良好，无明显的空洞裂纹。而截面EDS结果现实涂层未出现明显的成分偏聚现象，元素分布较为均匀。说明采用本实施例的涂层制备方法可以制备得到无裂纹且较为致密的涂层。
实施例3
(1)将1050g二硼化铪、69g碳化硅、195g二硅化钽、187g氧化钆、7.5gPVA以及2250g去离子水加入到球磨罐中，球料比为4:1，在300r/min下球磨4h，使各成分混合均匀，得到前驱体粉体的悬浊液；
(2)将步骤(1)得到的悬浊液转移至喷雾干燥造粒塔中进行团聚造粒，将造粒后的粉体先置于120℃烘箱中干燥25h，再经过检验筛，得到粒径＜105μm的HfB2-SiC-TaSi2-Gd2O3团聚粉体；
其中，喷雾干燥造粒参数为：进口温度250℃，出口温度130℃，喷头转速40Hz，蠕动泵转速35rpm；
(3)将HfB2-SiC-TaSi2-Gd2O3团聚粉体(HfB2、SiC、TaSi2、Gd2O3的体积比为59.5:12.75:12.75:15)送入感应等离子球化设备中进行球化处理并收集球化后的粉体，将收集的粉体倒入去离子水并超声20min，最终倒去悬浊液只留底部沉积物，置于100℃的烘箱中干燥30h后，再经过检验筛，得到粒径为20μm～80μm的二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体；
其中，感应等离子球化处理参数为：功率40kW，氩气流量60SCFH，氢气流量6SCFH，送粉率5.0RPM；
(4)采用20目～60目的白刚玉砂对待喷涂基体表面进行喷砂处理，并采用压缩空气将基体表面残留的白刚玉砂粒吹干净，使待喷涂表面粗糙度(Ra)达到6μm；
(5)将基体用相应的卡具装夹在工作台上，并为安装喷枪的机械手设定喷涂行走路线程序，喷枪喷涂的角度保持90°；喷涂前，对基体进行预热处理，控制基体的温度为130℃；
(6)将二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体(粒径为20μm～80μm；体积比59.5:12.75:12.75:15)装入送粉器中，采用大气等离子喷涂工艺在已预热的基体上进行陶瓷涂层的喷涂，且喷涂过程中采用压缩空气对基体进行冷却，待喷涂结束后在基体上得到二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层；
大气等离子喷涂的工艺参数：喷枪SG100，主气流量为90L/min，辅气流量为50L/min，载气流量为13L/min，电流为900A，喷涂距离为65mm，送粉率2，主气和载气均为氩气，辅气为氦气，设定喷枪程序来回喷涂3遍，最终得到厚度约为150μm±10μm的陶瓷层。
对所制备涂层进行XRD表征，根据表征结果可知，所制备涂层维持原始粉体的物相特征。根据涂层表面、截面SEM表征结果可知，所制备涂层致密且均匀性良好，无明显的空洞裂纹。而截面EDS结果现实涂层未出现明显的成分偏聚现象，元素分布较为均匀。说明采用本实施例的涂层制备方法可以制备得到无裂纹且较为致密的涂层。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，HfB2、SiC、TaSi2、Gd2O3的体积比为50:20:20:10，其余操作均相同，得到二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，省略氧化钆粉的加入，原料中HfB2、SiC、TaSi2的体积比为70:15:15，其余操作均相同，得到二硼化铪-碳化硅-二硅化钽复合涂层。
性能测试
(一)粉体的流动性和松装密度
对实施例1～3中球化处理前的HfB2-SiC-TaSi2-Gd2O3团聚粉体以及球化处理后所得二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体的流动性和松装密度进行测试，所得结果列于表1中。
表1实施例1～3球化处理前后粉体的流动性和封装密度
Figure BDA0003342815750000131
由表1可以看出，球化后粉末的流动性和松装密度都有了较大的提升，有利于使用喷涂法制备二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层。
(二)涂层的氧乙炔烧蚀考核
采用氧-乙炔火焰在2000℃下对实施例1～3和对比例1～2所得涂层进行抗氧化性能的考核。其中实施例1烧蚀后涂层的截面扫描电子显微镜(SEM)图如图6所示。由图6可以看出，涂层近表面出现了疏松区，为被氧气侵蚀的区域，但涂层大部分区域仍保持致密结构，说明未被氧侵蚀。
所得质量损失率结果如表2所示。
表2涂层的质量损失率结果
Figure BDA0003342815750000132
Figure BDA0003342815750000141
由表1可以看出，本发明粉体制备的涂层经氧乙炔烧蚀考核后，具有较低的质量损失率。
(三)发射率检测
对实施例1～3和对比例1～2所得涂层进行发射率检测，具体方法为：将待测样品加热到750℃，基于傅里红外光谱仪的高温光谱发射率测量方法测试发射率。将所得结果列于表3中。
表3涂层的发射率结果
组别 发射率
实施例1 0.89
实施例2 0.91
实施例3 0.88
对比例1 0.81
对比例2 0.75
由表3可以看出，本发明提供的二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体具有较高的发射率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
对基体进行预热，将二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体大气等离子喷涂到预热基体表面，得到二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层；
所述大气等离子喷涂的电流为850~900A，喷涂距离为65~75mm，喷涂角度为90°，送粉率为1.7~2 RPM；
所述大气等离子喷涂的主气为氩气，所述主气的流量为80~90 L/min；
辅气为氦气，所述辅气的流量为40~50L/min；
载气为氩气，所述载气的流量为11~13 L/min；
所述二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体为熔融共晶态，成分由以下体积百分含量的组分组成：
二硼化铪 56~66.5%；
碳化硅 12~14.25%；
二硅化钽 12~14.25%；
氧化钆 5~20%。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述大气等离子喷涂的喷涂次数为3~6次。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基体的表面粗糙度为3~7 μm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预热的温度为100~200℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述大气等离子喷涂的过程中，还包括对基体进行冷却，所述冷却的方式为压缩空气冷却。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体的粒径为20~80μm。
7.权利要求1~6任意一项所述制备方法制备得到的二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层。
8.根据权利要求7所述的二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层，其特征在于，所述二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层的厚度为0.15~0.25mm。
CN202111313696.XA 2021-07-29 2021-11-08 一种二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层及其制备方法 Active CN114213155B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110893992 2021-07-29
CN2021108939925 2021-07-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114213155A CN114213155A (zh) 2022-03-22
CN114213155B true CN114213155B (zh) 2022-12-13

Family

ID=80696586

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111313696.XA Active CN114213155B (zh) 2021-07-29 2021-11-08 一种二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114213155B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115231954B (zh) * 2022-07-26 2023-06-23 北京理工大学 一种多组分超高温抗氧化耐烧蚀陶瓷涂层的制备方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150132569A1 (en) * 2011-09-23 2015-05-14 Rodney Trice High emissivity materials and structures for hypersonic environments
CN106083063B (zh) * 2016-06-15 2018-11-23 滁州学院 一种硼化铪-碳化硅-石墨-硅化钽复合陶瓷发热体及其制备方法
CN109467457B (zh) * 2018-12-25 2020-05-29 北京交通大学 组合物、利用该组合物制得的多孔碳纤维隔热材料表面高发射率抗氧化涂层及其制备方法
CN110396003B (zh) * 2019-08-15 2020-12-25 北京理工大学 一种多元掺杂改性二硼化锆-碳化硅涂层的制备方法
CN111876719A (zh) * 2020-07-17 2020-11-03 北京理工大学 一种高发射率复合涂层及其制备方法
CN111848220B (zh) * 2020-07-30 2022-10-28 中国人民解放军火箭军工程大学 Mb2基超高温陶瓷涂层及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114213155A (zh) 2022-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110396003B (zh) 一种多元掺杂改性二硼化锆-碳化硅涂层的制备方法
CN112921265B (zh) 一种高温抗氧化耐烧蚀硼化锆基致密涂层的制备方法
CN107814589B (zh) 一种氧化物原位包覆二硼化锆-碳化硅团聚粉体的方法
CN107032796B (zh) 自愈合SiC/ZrSi2-MoSi2涂层材料及制备方法
CN110396002B (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
CN114213155B (zh) 一种二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合涂层及其制备方法
CN112831747B (zh) 一种热防护涂层及其制备方法
CN106498350A (zh) 硅铝溅射靶材的制备方法
CN109837496A (zh) 一种硅酸镱等离子喷涂粉末的制备方法
CN112592207A (zh) 一种自愈合ZrB2-SiC-Y2O3涂层及其在SiC包埋碳碳复合材料上的应用
CN111876719A (zh) 一种高发射率复合涂层及其制备方法
CN112063961A (zh) 一种高熵合金涂层的制备方法
CN116377372A (zh) 一种高熵陶瓷热障涂层及其制备方法
CN114000092B (zh) 一种二硼化铪-二硅化钽复合涂层及其制备方法
CN114988895A (zh) 一种抗冲击热循环与耐cmas腐蚀的复相共析环境障涂层及其制备方法
CN113603509A (zh) 一种c/c复合材料表面抗氧化烧蚀涂层的制备方法
CN113880586B (zh) 一种二硼化铪-二硅化钽复合粉体及其制备方法
CN110872713B (zh) 一种y/y2o3金属陶瓷防护涂层的冷喷涂制备方法
CN109852917B (zh) C/C、C/SiC复合材料表面钼钛锆构件真空等离子喷涂成形制备方法
CN112759950A (zh) 一种ysz/石墨烯复合封严涂层及其制备方法
CN107662947A (zh) Sm‑Eu‑Gd三稀土离子钽酸盐及其制备方法与应用
CN105603374A (zh) 一种在多晶硅铸锭坩埚上制备Si3N4薄膜的方法
CN113913723B (zh) 一种微米级多孔结构热障涂层粉末及其制备方法
CN114044678B (zh) 一种二硼化铪-碳化硅-二硅化钽-氧化钆复合粉体及其制备方法
CN113073302B (zh) Zmo靶材及其制备方法

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