CN114438434B - 一种多层高反射率隔热涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多层高反射率隔热涂层及其制备方法，具体涉及一种Y2O3‑Al2O3/YSZ/NiCrCoAlY三层结构涂层制备方法，属于新材料领域。本发明制的涂层为三层结构，底层为金属层，中间为YSZ，顶层为Y2O3‑Al2O3；顶层的Y2O3‑Al2O3通过大气等离子喷涂方式制备在YSZ层上。本发明采用等离子喷涂制备，顺序按照NiCrCoAlY/YSZ/Y2O3‑Al2O3顺序制备，其热膨胀系数逐层递减，形成压应力，抑制裂纹生长，层间结合力强。

Description

一种多层高反射率隔热涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种多层高反射率隔热涂层及其制备方法，具体涉及一种Y2O3-Al2O3/YSZ/NiCrCoAlY三层结构涂层制备方法，属于新材料领域。
背景技术
目前，仓库等建筑通常采用反射涂料进行降温隔热防护，这种涂料可以起到一定的降温隔热作用，但其耐蚀性、耐水性较差，结合力较弱，特别是当部分仓库以金属作为结构材料时，这种涂料的结合力更是大幅减少，远低于10MPa，这就导致了这种隔热涂层很容易剥落、失效，影响其隔热效果。
发明内容
本发明的目的是为了解决技术存在安全隐患的问题，提供一种多层高反射率隔热涂层及其制备方法；该涂层为三层结构，底层为金属层，中间为YSZ，顶层为Y2O3-Al2O3；顶层的Y2O3-Al2O3通过大气等离子喷涂方式制备在YSZ层上。
本发明是通过下述技术方案实现的。
一种多层高反射率隔热涂层，三层结构，底层为金属层，中间为YSZ，顶层为Y2O3-Al2O3；顶层的Y2O3-Al2O3通过大气等离子喷涂方式制备在YSZ层上；所述涂层的表面平均近红外反射率高于75％。
所述金属层的厚度为0.05mm～0.1mm，组成成分为NiCrCoAlY；
所述YSZ层厚度为0.2mm～0.3mm；
所述Y2O3-Al2O3层厚度为0.1mm～0.15mm；
所述涂层的表面平均近红外反射率高于75％；
所述涂层三层结构区分明显，结合紧密。
一种热障涂层等离子喷涂制备工艺，所述方法步骤如下：
(1)选取粒径为20～90μm的喷涂用Y2O3、Al2O3，按照摩尔比3:5比例混合、过筛，得到Y2O3-Al2O3混合粉。
(2)选取粒径为20～90μm的喷涂用Y2O3-Al2O3混合粉、YSZ、NiCrCoAlY分析粉体作为喷涂原料，并对原料放入鼓风干燥箱中进行干燥处理，干燥温度为100℃，干燥时间为2h。
(3)选取45钢或高温合金作为基体，用丙酮对其表面进行清洗，之后对其进行喷砂处理，喷砂粒径为30～50μm，压力为2～8MPa；
(4)将NiCrCoAlY粉体放入送粉器中进行喷涂，喷涂工艺参数优选为电流500～600A，主气(Ar)流量60～80L/min，辅气(H2)流量0～2L/min，载气(Ar)流量10～13L/min，送粉量30～50g/min，喷涂距离70～80mm；
(5)取出送粉器中NiCrCoAlY粉末，并对送粉器进行清洗，放入YSZ粉体，进行喷涂，且喷涂过程中采用压缩空气对基体进行冷却，优选的喷涂参数为电流550～650A，主气(Ar)流量55～60L/min，辅气(H2)流量1～2.5L/min，载气(Ar)流量9～10L/min，送粉量30～40g/min，喷涂距离75～80mm；
(6)取出送粉器中YSZ粉末，并对送粉器进行清洗，放入Y2O3-Al2O3混合粉体，进行喷涂，且喷涂过程中采用压缩空气对基体进行冷却，优选的喷涂参数为电流550～650A，主气(Ar)流量50～60L/min，辅气(H2)流量1.5～2L/min，载气(Ar)流量8～10L/min，送粉量30～50g/min，喷涂距离75～80mm；
(7)使用马弗炉对喷涂后的涂层进行退火处理，退火温度为900℃～1000℃，升温速率为5℃/min，保温时间为10h，冷却方式为随炉冷却。
其中，步骤(4)(5)(6)中，喷枪型号为9MB，喷涂角度为90°。
有益效果
1、本发明的制备方法，采用等离子喷涂制备，顺序按照NiCrCoAlY/YSZ/Y2O3-Al2O3顺序制备，其热膨胀系数逐层递减，形成压应力，抑制裂纹生长，层间结合力强。涂层与基体紧密结合，降低了剥落、失效风险，减少了因防护不足导致安全隐患发生的概率。
2、本发明的制备方法，Y2O3-Al2O3顶层的引入，增加异质界面数及折射率差异，提高了涂层整体的红外反射率，解决了等离子喷涂涂层反射率低的问题。
3、本发明的制备方法，喷涂后的退火处理，可以减少涂层缺陷，消除色心，进一步提高涂层的反射率，涂层反射率的提高高能对热辐射进行有效阻隔，进一步降低基体温度，提高涂层隔热能力，起到更好的防护作用。
4、本发明的一种多层高反射率隔热涂层，Y2O3-Al2O3、YSZ、NiCrCoAlY三层结构具有良好的化学相容性与结合强度，进一步降低了涂层因匹配性差导致的裂纹、孔隙乃至剥落问题，涂层拥有较高的使用寿命。
附图说明
图1为实施例1喷涂后涂层的截面形貌；
图2为实施例1喷涂后涂层的反射率；
图3为实施例2喷涂后涂层的截面形貌；
图4为实施例2喷涂后涂层的反射率。
具体实施方法
下面通过实例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种多层高反射率隔热涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)选取粒径为20～90μm的喷涂用Y2O3、Al2O3，按照摩尔比3:5比例混合、过筛，得到Y2O3-Al2O3混合粉。
(2)选取粒径为20～90μm的喷涂用Y2O3-Al2O3混合粉、YSZ、NiCrCoAlY分析粉体作为喷涂原料，并对原料放入鼓风干燥箱中进行干燥处理，干燥温度为100℃，干燥时间为2h。
(3)选取45钢或高温合金作为基体，用丙酮对其表面进行清洗，之后对其进行喷砂处理，喷砂粒径为30μm，压力为2MPa；
(4)将NiCrCoAlY粉体放入送粉器中进行喷涂，喷涂工艺参数优选为电流550A，主气(Ar)流量70L/min，辅气(H2)流量0.5L/min，载气(Ar)流量10L/min，送粉量30g/min，喷涂距离75mm；
(5)取出送粉器中NiCrCoAlY粉末，并对送粉器进行清洗，放入YSZ粉体，进行喷涂，且喷涂过程中采用压缩空气对基体进行冷却，优选的喷涂参数为电流600A，主气(Ar)流量58L/min，辅气(H2)流量2L/min，载气(Ar)流量10L/min，送粉量30g/min，喷涂距离75mm；
(6)取出送粉器中YSZ粉末，并对送粉器进行清洗，放入Y2O3-Al2O3混合粉体，进行喷涂，且喷涂过程中采用压缩空气对基体进行冷却，优选的喷涂参数为电流650A，主气(Ar)流量60L/min，辅气(H2)流量2L/min，载气(Ar)流量10L/min，送粉量40g/min，喷涂距离75mm；
(7)使用马弗炉对喷涂后的涂层进行退火处理，退火温度为1000℃，升温速率为5℃/min，保温时间为10h，冷却方式为随炉冷却。
经测试，涂层的结合强度为20.936MPa，隔热能力达到519℃。
实施例2
一种多层高反射率隔热涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)选取粒径为20～90μm的喷涂用Y2O3、Al2O3，按照摩尔比3:5比例混合、过筛，得到Y2O3-Al2O3混合粉。
(2)选取粒径为20～90μm的喷涂用Y2O3-Al2O3混合粉、YSZ、NiCrCoAlY分析粉体作为喷涂原料，并对原料放入鼓风干燥箱中进行干燥处理，干燥温度为100℃，干燥时间为2h。
(3)选取45钢或高温合金作为基体，用丙酮对其表面进行清洗，之后对其进行喷砂处理，喷砂粒径为30～50μm，压力为2～8MPa；
(4)将NiCrCoAlY粉体放入送粉器中进行喷涂，喷涂工艺参数优选为电流500A，主气(Ar)流量80L/min，辅气(H2)流量1L/min，载气(Ar)流量13L/min，送粉量50g/min，喷涂距离80mm；
(5)取出送粉器中NiCrCoAlY粉末，并对送粉器进行清洗，放入YSZ粉体，进行喷涂，且喷涂过程中采用压缩空气对基体进行冷却，优选的喷涂参数为电流650A，主气(Ar)流量55L/min，辅气(H2)流量2.5L/min，载气(Ar)流量10L/min，送粉量40g/min，喷涂距离80mm；
(6)取出送粉器中YSZ粉末，并对送粉器进行清洗，放入Y2O3-Al2O3混合粉体，进行喷涂，且喷涂过程中采用压缩空气对基体进行冷却，优选的喷涂参数为电流650A，主气(Ar)流量60L/min，辅气(H2)流量1.5L/min，载气(Ar)流量10L/min，送粉量35g/min，喷涂距离75mm；
(7)使用马弗炉对喷涂后的涂层进行退火处理，退火温度为900℃，升温速率为5℃/min，保温时间为10h，冷却方式为随炉冷却。
经测试，涂层的结合强度为23.842MPa。隔热能力达到490℃，
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多层高反射率隔热涂层，其特征在于：三层结构，底层为NiCrCoAlY的金属层，中间为YSZ，顶层为Y2O3-Al2O3；顶层的Y2O3-Al2O3通过大气等离子喷涂方式制备在YSZ层上；所述涂层的表面平均近红外反射率高于75％；
制备多层高反射率隔热涂层的方法步骤如下：
(1)选取粒径为20～90μm的喷涂用Y2O3、Al2O3，按照摩尔比3:5比例混合、过筛，得到Y2O3-Al2O3混合粉；
(2)选取粒径为20～90μm的喷涂用Y2O3-Al2O3混合粉、YSZ、NiCrCoAlY分析粉体作为喷涂原料，并对原料放入鼓风干燥箱中进行干燥处理，干燥温度为100℃，干燥时间为2h；
(3)选取45钢或高温合金作为基体，用丙酮对其表面进行清洗，之后对其进行喷砂处理，喷砂粒径为30～50μm，压力为2～8MPa；
(4)将NiCrCoAlY粉体放入送粉器中进行喷涂，喷涂工艺参数为电流500～600A，主气Ar流量60～80L/min，辅气H2流量0～2L/min，载气Ar流量10～13L/min，送粉量30～50g/min，喷涂距离70～80mm；
(5)取出送粉器中NiCrCoAlY粉末，并对送粉器进行清洗，放入YSZ粉体，进行喷涂，且喷涂过程中采用压缩空气对基体进行冷却，喷涂参数为电流550～650A，主气Ar流量55～60L/min，辅气H2流量1～2.5L/min，载气Ar流量9～10L/min，送粉量30～40g/min，喷涂距离75～80mm；
(6)取出送粉器中YSZ粉末，并对送粉器进行清洗，放入Y2O3-Al2O3混合粉体，进行喷涂，且喷涂过程中采用压缩空气对基体进行冷却，喷涂参数为电流550～650A，主气Ar流量50～60L/min，辅气H2流量1.5～2L/min，载气Ar流量8～10L/min，送粉量30～50g/min，喷涂距离75～80mm；
(7)使用马弗炉对喷涂后的涂层进行退火处理，退火温度为900℃～1000℃，升温速率为5℃/min，保温时间为10h，冷却方式为随炉冷却。
2.如权利要求1所述一种多层高反射率隔热涂层，其特征在于：所述金属层的厚度为0.05mm～0.1mm。
3.如权利要求1所述一种多层高反射率隔热涂层，其特征在于：所述YSZ层厚度为0.2mm～0.3mm。
4.如权利要求1所述一种多层高反射率隔热涂层，其特征在于：所述Y2O3-Al2O3层厚度为0.1mm～0.15mm。
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