CN116397188A - 一种钛合金热障涂层及其制备方法 - Google Patents
一种钛合金热障涂层及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116397188A CN116397188A CN202310302885.XA CN202310302885A CN116397188A CN 116397188 A CN116397188 A CN 116397188A CN 202310302885 A CN202310302885 A CN 202310302885A CN 116397188 A CN116397188 A CN 116397188A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- titanium alloy
- thermal barrier
- aluminate
- barrier coating
- spraying
- 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.)
- Pending
Links
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 117
- 239000012720 thermal barrier coating Substances 0.000 title claims abstract description 99
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000004942 thermal barrier coating method Methods 0.000 title description 2
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 claims abstract description 92
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 53
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 18
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 78
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 72
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 31
- 238000007745 plasma electrolytic oxidation reaction Methods 0.000 claims description 29
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 22
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 15
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 14
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims description 12
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims description 12
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910003668 SrAl Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 10
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 10
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 claims description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 9
- 229920000084 Gum arabic Polymers 0.000 claims description 8
- 241000978776 Senegalia senegal Species 0.000 claims description 8
- 235000010489 acacia gum Nutrition 0.000 claims description 8
- 239000000205 acacia gum Substances 0.000 claims description 8
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 8
- ANBBXQWFNXMHLD-UHFFFAOYSA-N aluminum;sodium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Na+].[Al+3] ANBBXQWFNXMHLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 8
- 229910001388 sodium aluminate Inorganic materials 0.000 claims description 8
- YWYZEGXAUVWDED-UHFFFAOYSA-N triammonium citrate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[NH4+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O YWYZEGXAUVWDED-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 6
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 claims description 4
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 4
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 56
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 16
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 12
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 9
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 9
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 6
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 4
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 4
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 2
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910002080 8 mol% Y2O3 fully stabilized ZrO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- C23C4/06—Metallic material
- C23C4/073—Metallic material containing MCrAl or MCrAlY alloys, where M is nickel, cobalt or iron, with or without non-metal elements
-
- 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
-
- 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
- C23C4/18—After-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/026—Anodisation with spark discharge
-
- 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)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
本申请公开了一种钛合金热障涂层材料及其制备方法,涉及钛合金材料技术领域,旨在解决现有技术所制备的热障涂层的各界面层之间的结合强度难以满足应用需求的技术问题。所述钛合金热障涂层,包括:钛合金基体和热障涂层;其中,所述热障涂层设于所述钛合金基体表面;所述热障涂层包括NiCrAlY粘结层、在所述NiCrAlY粘结层表面原位生长的氧化铝多孔陶瓷涂层和铝酸盐涂层。
Description
技术领域
本申请涉及钛合金材料技术领域,尤其涉及一种钛合金热障涂层及其制备方法。
背景技术
钛合金材料具有高强度、高硬度、高热导率和低密度等优点,在航空航天发动机上具有重要应用前景。然而,钛合金材料在高温氧化环境中容易氧化,限制了其在高温氧化环境中的应用。
在钛合金表面制备热障涂层能够有效地提高其高温抗氧化性能,所述热障涂层一般包括金属粘结层和多层陶瓷组成的陶瓷面层,多层陶瓷面层的结构设计能够有效的阻挡热量的传输、避免单一陶瓷面层喷涂过程中的应力集中;然而通过现有技术所制备的热障涂层的各界面层之间的结合强度难以满足应用需求。
发明内容
本申请的主要目的是提供一种钛合金热障涂层及其制备方法,旨在解决现有技术所制备的热障涂层的各界面层之间的结合强度难以满足应用需求的技术问题。
为解决上述技术问题,本申请提出了:一种钛合金热障涂层,包括:钛合金基体和热障涂层;
其中,所述热障涂层设于所述钛合金基体表面;所述热障涂层包括NiCrAlY粘结层、在所述NiCrAlY粘结层表面原位生长的氧化铝多孔陶瓷涂层和铝酸盐涂层。
作为本申请一些可选实施方式,所述铝酸盐涂层采用等离子喷涂法喷涂于所述氧化铝多孔陶瓷涂层表面,所述铝酸盐涂层的化学成分包括:SrAl12O19、LaMgAl11O19和LaMgAl11O19中至少一种。
为解决上述技术问题,本申请还提出了:一种如上所述钛合金热障涂层的制备方法,包括以下步骤:
在钛合金基体表面喷涂NiCrAlY合金粉末后,置于铝酸钠电解液中进行微弧氧化处理,获得钛合金热障涂层的中间产物;
采用离子喷涂法,将铝酸盐喷涂粉末喷涂于所述钛合金热障涂层的中间产物表面,获得钛合金热障涂层。
作为本申请一些可选实施方式,所述在钛合金基体表面喷涂NiCrAlY合金粉末的喷涂工艺参数包括:
喷涂功率为50kW~55kW,喷涂距离为110mm~120mm,氩气流速为150SCFH~160SCFH,氮气流速为80SCFH~90SCFH,氢气流速为50SCFH,喷涂厚度为100μm~120μm。
作为本申请一些可选实施方式,所述将铝酸盐喷涂粉末喷涂于所述钛合金热障涂层的中间产物表面的喷涂工艺参数包括:
喷涂功率为35kW~40kW,喷涂距离为110mm~130mm,氩气流速为180SCFH,氮气流速为60SCFH,氢气流速为40SCFH,喷涂厚度为300μm。
作为本申请一些可选实施方式,所述铝酸盐喷涂粉末由将铝酸盐进行喷雾造粒获得;所述铝酸盐包括:SrAl12O19和LaMgAl11O19中至少一种。
作为本申请一些可选实施方式,所述铝酸盐为LaMgAl11O19时,通过如下方法制备获得:
将Al2O3粉末、MgO粉末和La2O粉末按照重量比734:53:213进行球磨混合后,高温固相处理,获得LaMgAl11O19。
作为本申请一些可选实施方式,所述高温固化处理的处理温度为1400℃~1600℃,处理时间为2h~24h。
作为本申请一些可选实施方式,所述铝酸盐为SrAl12O19时,通过如下方法制备获得:
将SrCO3粉末、Al2O3粉末按照重量比混合后,在还原气氛、1200℃~1500℃中进行还原反应,获得SrAl12O19。
作为本申请一些可选实施方式,所述铝酸盐通过下述步骤制备获得铝酸盐喷涂粉末:
将所述铝酸盐球磨破碎成铝酸盐粉末,与阿拉伯树胶和柠檬酸铵进行混合后,进行喷雾造粒处理,处理完成后依次进行干燥处理和筛分处理,获得铝酸盐喷涂粉末。
作为本申请一些可选实施方式,所述铝酸盐粉末、所述阿拉伯树胶和所述柠檬酸铵的混合质量比为100:2:0.8,采用卧式球磨机进行混合,转速为50~120r/min,混合时间为4~24h。
作为本申请一些可选实施方式,所述喷雾造粒处理的处理参数为:进口温度200℃~250℃,出口温度110℃~130℃。
作为本申请一些可选实施方式,所述干燥处理的温度为80-120℃,干燥时间为8-12h。
作为本申请一些可选实施方式,所述微弧氧化处理的工艺参数包括:
正极为钛合金基体,负极为不锈钢槽,正相电压为400V~450V,负向电压为0V,占空比为30%,微弧氧化时间为10min,微弧氧化厚度为5μm。
作为本申请一些可选实施方式,所述铝酸钠电解液的浓度为5g/L~15g/L。
与现有技术相比,本申请所述钛合金热障涂层,包括:钛合金基体和热障涂层;其中,所述热障涂层设于所述钛合金基体表面;所述热障涂层包括NiCrAlY粘结层、在所述NiCrAlY粘结层表面原位生长的氧化铝多孔陶瓷涂层和铝酸盐涂层。可以看出,本申请采用NiCrAlY作为粘结层,并且在所述NiCrAlY粘结层表面原位生长的氧化铝多孔陶瓷涂层,通过原位生长使生长的氧化铝多孔陶瓷涂层与所述NiCrAlY粘结层之间形成良好的结合强度,且通过在所述NiCrAlY粘结层表面原位生长氧化铝多孔陶瓷涂层呈现为多孔结构,能够有效的和其它涂层形成机械咬合,从而提高各涂层之间的结合强度。另外由于所述铝酸盐的热膨胀系数与钛合金基体具有很好的匹配性,并且其具有较高的抗氧化性,因此将铝酸盐作为钛合金表面热障涂层,有效解决了涂层与基体的热膨胀系数不匹配而导致热障涂层与钛合金基体界面结合稳定性差的难题,从而提高钛合金表面热障涂层的结合强度。
附图说明
图1为本申请实施例1的通过微弧氧化处理所获得涂层的SEM结果图;
图2为本申请实施例1的固相法合成的LaMgAl11O19的XRD谱图;
图3为本申请实施例1的钛合金表面热障涂层的SEM结果图;
图4为本申请实施例2的固相法合成的SrAl12O19的XRD谱图;
图5为本申请实施例2的钛合金表面热障涂层的SEM结果图。
具体实施方式
应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
钛合金材料具有高强度、高硬度、高热导率和低密度等优点,在航空航天发动机上具有重要应用前景。然而,钛合金材料在高温氧化环境中容易氧化,限制了其在高温氧化环境中的应用。钛的密度小,比强度高,钛合金的比强度高于铝合金和钢。钛合金的工作温度范围较宽,低温钛合金在-253℃还能保持良好的塑性,而耐热钛合金的工作温度可达550℃左右。其耐热性明显高于铝合金和镁合金,如果克服了550℃以上的氧化污染等问题,其使用温度还可以进一步提高。因此要提高钛合金的耐热性能,喷涂热障涂层是一种有效的途径。
在钛合金表面制备热障涂层能够有效地提高其高温抗氧化性能,所述热障涂层一般包括金属粘结层和多层陶瓷组成的陶瓷面层,多层陶瓷面层的结构设计能够有效的阻挡热量的传输、避免单一陶瓷面层喷涂过程中的应力集中;然而通过现有技术所制备的热障涂层的各界面层之间的结合强度难以满足应用需求。
针对上述不足,本申请实施例提供了一种钛合金热障涂层,包括:钛合金基体和热障涂层;
其中,所述热障涂层设于所述钛合金基体表面;所述热障涂层包括NiCrAlY粘结层、在所述NiCrAlY粘结层表面原位生长的氧化铝多孔陶瓷涂层和铝酸盐涂层。
与现有技术相比,本申请所述钛合金热障涂层,包括:钛合金基体和热障涂层;其中,所述热障涂层设于所述钛合金基体表面;所述热障涂层包括NiCrAlY粘结层、在所述NiCrAlY粘结层表面原位生长的氧化铝多孔陶瓷涂层和铝酸盐涂层。可以看出,本申请采用NiCrAlY作为粘结层,并且在所述NiCrAlY粘结层表面原位生长的氧化铝多孔陶瓷涂层,通过原位生长使生长的氧化铝多孔陶瓷涂层与所述NiCrAlY粘结层之间形成良好的结合强度,且通过在所述NiCrAlY粘结层表面原位生长氧化铝多孔陶瓷涂层呈现为多孔结构,能够有效的和其它涂层形成机械咬合,从而提高各涂层之间的结合强度。另外由于所述铝酸盐的热膨胀系数与钛合金基体具有很好的匹配性,并且其具有较高的抗氧化性,因此将铝酸盐作为钛合金表面热障涂层,有效解决了涂层与基体的热膨胀系数不匹配而导致热障涂层与钛合金基体界面结合稳定性差的难题,从而提高钛合金表面热障涂层的结合强度。
在具体应用中,为了提高所述铝酸盐涂层作为热障涂层材料时,具有较好的结构稳定性和化学稳定性,本申请对所述铝酸盐涂层进行了具体限定;即所述铝酸盐涂层采用等离子喷涂法喷涂于所述氧化铝多孔陶瓷涂层表面,所述铝酸盐涂层的化学成分包括:SrAl12O19、LaMgAl11O19和LaMgAl11O19中至少一种。
为解决上述技术问题,本申请实施例还提出了:一种如上所述钛合金热障涂层的制备方法,包括以下步骤:
S10、在钛合金基体表面喷涂NiCrAlY合金粉末后,置于铝酸钠电解液中进行微弧氧化处理,获得钛合金热障涂层的中间产物;
S20、采用离子喷涂法,将铝酸盐喷涂粉末喷涂于所述钛合金热障涂层的中间产物表面,获得钛合金热障涂层。
本申请所述制备方法,采用在NiCrAlY粘结层的表面通过微弧氧化处理使其表面原位生长氧化铝多孔陶瓷涂层作为过渡层和陶瓷面层的底层,使得氧化铝多孔陶瓷涂层与所述NiCrAlY粘结层之间形成良好的结合强度,且通过在所述NiCrAlY粘结层表面原位生长氧化铝多孔陶瓷涂层呈现为多孔结构,能够有效的和其它涂层形成机械咬合,从而提高各涂层之间的结合强度。另外由于所述铝酸盐的热膨胀系数与钛合金基体具有很好的匹配性,并且其具有较高的抗氧化性,因此将铝酸盐作为钛合金表面热障涂层,有效解决了涂层与基体的热膨胀系数不匹配而导致热障涂层与钛合金基体界面结合稳定性差的难题,从而提高钛合金表面热障涂层的结合强度。另外,本申请采用等离子喷涂法将铝酸盐喷涂粉末喷涂于所述钛合金热障涂层的表面,即采用由直流电驱动的等离子电弧作为热源,将陶瓷、合金、金属等材料加热到熔融或半熔融状态,并以高速喷向经过预处理的工件表面而形成附着牢固的表面层,使工件表面具有更高的综合性能。
在具体应用中,为了保证在所述钛合金基体表面喷涂NiCrAlY合金粉末的喷涂效率以及涂层性能,作为本申请一些可选实施方式,所述在钛合金基体表面喷涂NiCrAlY合金粉末的喷涂工艺参数包括:
喷涂功率为50kW~55kW,喷涂距离为110mm~120mm,氩气流速为150SCFH~160SCFH,氮气流速为80SCFH~90SCFH,氢气流速为50SCFH,喷涂厚度为100μm~120μm。
在具体应用中,为了保证将铝酸盐喷涂粉末喷涂于所述钛合金热障涂层的中间产物表面的喷涂效率以及涂层性能,作为本申请一些可选实施方式,所述将铝酸盐喷涂粉末喷涂于所述钛合金热障涂层的中间产物表面的喷涂工艺参数包括:
喷涂功率为35kW~40kW,喷涂距离为110mm~130mm,氩气流速为180SCFH,氮气流速为60SCFH,氢气流速为40SCFH,喷涂厚度为300μm。
在具体应用中,通常采用10~45μm的8YSZ球形粉作为热障涂层材料,但YSZ涂层的不足之处就是长期使用温度不能超过1200℃,在1200℃以上,亚稳四方相(t’)转变为四方相和立方相(t+c),在降温过程中转变为单斜相(m),导致涂层中形成裂纹从而引起涂层失效。目前没有将铝酸盐应用在热障涂层领域,因此为解决上述技术问题,本申请对所述铝酸盐喷涂粉末进行了具体限定,即:作为本申请一些可选实施方式,所述铝酸盐喷涂粉末由将铝酸盐进行喷雾造粒获得;所述铝酸盐包括:SrAl12O19和LaMgAl11O19中至少一种。
为保证后续喷涂层的性能,本申请对所述铝酸盐的制备方法进行了限定,即:
在一些实施例中,当所述铝酸盐为LaMgAl11O19时,通过如下方法制备获得:
将Al2O3粉末、MgO粉末和La2O粉末按照重量比734:53:213进行球磨混合后,高温固相处理,获得LaMgAl11O19。所述高温固化处理的处理温度为1400℃~1600℃,处理时间为2h~24h。
在另一些实施例中,所述铝酸盐为SrAl12O19时,通过如下方法制备获得:
将SrCO3粉末、Al2O3粉末按照重量比37:153混合后,在还原气氛、1200℃~1500℃中进行还原反应,获得SrAl12O19。
在具体应用中,在通过上述步骤获得所述铝酸盐后,还需进行进一步处理,才可获得铝酸盐喷涂粉末,并将其应用于喷涂获得热障涂层,因此本申请对所述铝酸盐喷涂粉末的制备方法进行了具体限定,即:
所述铝酸盐通过下述步骤制备获得铝酸盐喷涂粉末:
将所述铝酸盐球磨破碎成铝酸盐粉末,与阿拉伯树胶和柠檬酸铵进行混合后,进行喷雾造粒处理,处理完成后依次进行干燥处理和筛分处理,获得铝酸盐喷涂粉末。
在具体应用中,为保证后续喷雾造粒效果,以获得结合强度更好的涂层,作为本申请一些可选实施方式,所述铝酸盐粉末、所述阿拉伯树胶和所述柠檬酸铵的混合质量比为100:2:0.8,采用卧式球磨机进行混合,转速为50~120r/min,混合时间为4~24h。
在具体应用中,为保证后续喷雾造粒效果,以获得结合强度更好的涂层,作为本申请一些可选实施方式,所述喷雾造粒处理的处理参数为:进口温度200℃~250℃,出口温度110℃~130℃。
在具体应用中,为保证后续喷涂效果,以获得结合强度更好的涂层,作为本申请一些可选实施方式,所述干燥处理的温度为80-120℃,干燥时间为8-12h。
在具体应用中,为保证微弧氧化处理效果,以获得结合强度更好的涂层,作为本申请一些可选实施方式,所述微弧氧化处理的工艺参数包括:
正极为钛合金基体,负极为不锈钢槽,正相电压为400V~450V,负向电压为0V,占空比为30%,微弧氧化时间为10min,微弧氧化厚度为5μm。
在具体应用中,为保证微弧氧化处理效果,以获得结合强度更好的涂层,作为本申请一些可选实施方式,所述铝酸钠电解液的浓度为5g/L~15g/L。
下面结合具体实施例方式,对本申请所述钛合金热障涂层及其制备方法进行详细说明:
实施例1
1)喷涂粘结层:准备钛合金基体直径为20mm的圆片状样品,其表面进行喷砂处理,处理后置于超声清洗器中用无水乙醇超声清洗,清洗后取出自然风干后放入60℃干燥箱,烘干备用。在上述钛合金基体表面喷涂NiCrAlY粘结层,具体喷涂工艺如下:喷涂功率为55kW,喷涂距离为120mm,氩气流速为160SCFH,氮气流速为80SCFH,氢气流速为50SCFH,涂层的喷涂厚度为100μm。
2)微弧氧化处理:将喷涂有粘结层的钛合金做正极,将不锈钢槽做负极,置于5g/L的铝酸钠电解液中进行微弧氧化,微弧氧化正相电压为400V,负向电压为0V,占空比为30%。微弧氧化时间为10min,控制涂层的厚度约为5μm;对涂层进行扫描电镜分析,获得的扫描电镜分析结果图如图1所示,可以看出,通过微弧氧化获得的涂层显现出典型的多孔结构。
3)制备喷涂粉末:将Al2O3粉末、MgO粉末和La2O粉末按照重量比734:53:213放入聚氨酯球磨罐中,经用辊式球磨机球磨3~24h进行混料,放入1400℃~1600℃下高温固相处理2h~24h,获得LaMgAl11O19。
将所述LaMgAl11O19球磨破碎成粉末,与2wt%阿拉伯树胶和0.8wt%柠檬酸铵进行混合4~24h后,进行喷雾造粒处理,所述喷雾造粒处理的处理参数为:进口温度200℃~250℃,出口温度110℃~130℃;处理完成后在80℃下干燥10h,再进行筛分处理,选取适合的粒径的铝酸盐喷涂粉末;对所述铝酸盐喷涂粉末进行XRD分析,获得的XRD谱图如图2所示,可以看出,本实施例所述铝酸盐喷涂粉末主要由LaMgAl11O19组成。
4)喷涂铝酸盐喷涂粉末:将步骤3)制备获得的铝酸盐喷涂粉末送入等离子喷枪产生的高温等离子焰流中,在基体表面喷涂一层厚度为300μm的LaMgAl11O19涂层,喷涂工艺如下:喷涂功率为35kW,喷涂距离为110mm,氩气流速为180SCFH,氮气流速为60SCFH,氢气流速为40SCFH,喷涂后自然冷却到室温,获得钛合金热障涂层材料。
将上述实施例1获得的钛合金热障涂层材料进行扫描电镜分析,获得的扫描电镜分析结果图如图3所示,可以看出所制得的钛合金热障涂层材料为典型的多层结构,粘结层与钛合金基体,粘结层与微弧氧化层、微弧氧化层与陶瓷面层之间界面清晰,没有明显的裂纹存在。以及粘结层与涂层之间界面结合良好,粘结层厚度为100μm左右,陶瓷面层厚度为300μm左右。从图中可观察到制备的热障涂层分布均匀,与基体结合紧密,陶瓷层组织致密。
实施例2
1)喷涂粘结层:准备钛合金基体直径为20mm的圆片状样品,其表面进行喷砂处理,处理后置于超声清洗器中用无水乙醇超声清洗,清洗后取出自然风干后放入60℃干燥箱,烘干备用。在上述钛合金基体表面喷涂NiCrAlY粘结层,具体喷涂工艺如下:喷涂功率为50kW,喷涂距离为110mm,氩气流速为150SCFH,氮气流速为90SCFH,氢气流速为50SCFH,涂层的喷涂厚度为120μm。
2)微弧氧化处理:将喷涂有粘结层的钛合金做正极,将不锈钢槽做负极,置于10g/L的铝酸钠电解液中进行微弧氧化,微弧氧化正相电压为450V,负向电压为0V,占空比为30%。微弧氧化时间为10min。
3)制备喷涂粉末:将SrCO3粉末、Al2O3粉末按照重量比37:153混合后,在还原气氛、1200℃~1500℃中进行还原反应,获得SrAl12O19。
将所述SrAl12O19球磨破碎成粉末,与2wt%阿拉伯树胶和0.8wt%柠檬酸铵进行混合4~24h后,进行喷雾造粒处理,所述喷雾造粒处理的处理参数为:进口温度200℃~250℃,出口温度110℃~130℃;处理完成后在80℃下干燥10h,再进行筛分处理,选取适合的粒径的铝酸盐喷涂粉末。对本实施例所制得的铝酸盐喷涂粉末进行XRD分析,获得的XRD分析谱图如图4所示,可以看出,本实施例所述铝酸盐喷涂粉末主要由SrAl12O19组成。
4)喷涂铝酸盐喷涂粉末:将步骤3)制备获得的铝酸盐喷涂粉末送入等离子喷枪产生的高温等离子焰流中,在基体表面喷涂一层厚度为300μm的LaMgAl11O19涂层,喷涂工艺如下:喷涂功率为40kW,喷涂距离为130mm,氩气流速为180SCFH,氮气流速为60SCFH,氢气流速为40SCFH,喷涂后自然冷却到室温,获得钛合金热障涂层材料。
对本实施例所制得的钛合金热障涂层材料进行扫描电镜分析,所获得的扫描电镜分析结果图如图5所示,可以看出,本实施例制备的钛合金热障涂层材料呈现为典型的多层结构,粘结层与钛合金基体,粘结层与微弧氧化层、微弧氧化层与陶瓷面层之间界面清晰,没有明显的裂纹存在。以及粘结层与涂层之间界面结合良好,粘结层厚度为120μm左右,陶瓷面层厚度为300μm左右。从图中可观察到制备的热障涂层分布均匀,与基体结合紧密,陶瓷层组织致密。
综上所述,本申请所述钛合金热障涂层,包括:钛合金基体和热障涂层;其中,所述热障涂层设于所述钛合金基体表面;所述热障涂层包括NiCrAlY粘结层、在所述NiCrAlY粘结层表面原位生长的氧化铝多孔陶瓷涂层和铝酸盐涂层。可以看出,本申请采用NiCrAlY作为粘结层,并且在所述NiCrAlY粘结层表面原位生长的氧化铝多孔陶瓷涂层,通过原位生长使生长的氧化铝多孔陶瓷涂层与所述NiCrAlY粘结层之间形成良好的结合强度,且通过在所述NiCrAlY粘结层表面原位生长氧化铝多孔陶瓷涂层呈现为多孔结构,能够有效的和其它涂层形成机械咬合,从而提高各涂层之间的结合强度。另外由于所述铝酸盐的热膨胀系数与钛合金基体具有很好的匹配性,并且其具有较高的抗氧化性,因此将铝酸盐作为钛合金表面热障涂层,有效解决了涂层与基体的热膨胀系数不匹配而导致热障涂层与钛合金基体界面结合稳定性差的难题,从而提高钛合金表面热障涂层的结合强度。
以上仅为本申请的优选实施例,并非因此限制本申请的专利范围,凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (15)
1.一种钛合金热障涂层,其特征在于,包括:钛合金基体和热障涂层;
其中,所述热障涂层设于所述钛合金基体表面;所述热障涂层包括NiCrAlY粘结层、在所述NiCrAlY粘结层表面原位生长的氧化铝多孔陶瓷涂层和铝酸盐涂层。
2.根据权利要求1所述钛合金热障涂层,其特征在于,所述铝酸盐涂层采用等离子喷涂法喷涂于所述氧化铝多孔陶瓷涂层表面,所述铝酸盐涂层的化学成分包括:SrAl12O19、LaMgAl11O19和LaMgAl11O19中至少一种。
3.一种如权利要求1-2任一项所述钛合金热障涂层的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
在钛合金基体表面喷涂NiCrAlY合金粉末后,置于铝酸钠电解液中进行微弧氧化处理,获得钛合金热障涂层的中间产物;
采用离子喷涂法,将铝酸盐喷涂粉末喷涂于所述钛合金热障涂层的中间产物表面,获得钛合金热障涂层。
4.根据权利要求3所述钛合金热障涂层的制备方法,其特征在于,所述在钛合金基体表面喷涂NiCrAlY合金粉末的喷涂工艺参数包括:
喷涂功率为50kW~55kW,喷涂距离为110mm~120mm,氩气流速为150SCFH~160SCFH,氮气流速为80SCFH~90SCFH,氢气流速为50SCFH,喷涂厚度为100μm~120μm。
5.根据权利要求3所述钛合金热障涂层的制备方法,其特征在于,所述将铝酸盐喷涂粉末喷涂于所述钛合金热障涂层的中间产物表面的喷涂工艺参数包括:
喷涂功率为35kW~40kW,喷涂距离为110mm~130mm,氩气流速为180SCFH,氮气流速为60SCFH,氢气流速为40SCFH,喷涂厚度为300μm。
6.根据权利要求5所述钛合金热障涂层的制备方法,其特征在于,所述铝酸盐喷涂粉末由将铝酸盐进行喷雾造粒获得;所述铝酸盐包括:SrAl12O19和LaMgAl11O19中至少一种。
7.根据权利要求6所述钛合金热障涂层的制备方法,其特征在于,所述铝酸盐为LaMgAl11O19时,通过如下方法制备获得:
将Al2O3粉末、MgO粉末和La2O粉末按照重量比734:53:213进行球磨混合后,高温固相处理,获得LaMgAl11O19。
8.根据权利要求7所述钛合金热障涂层的制备方法,其特征在于,所述高温固化处理的处理温度为1400℃~1600℃,处理时间为2h~24h。
9.根据权利要求6所述钛合金热障涂层的制备方法,其特征在于,所述铝酸盐为SrAl12O19时,通过如下方法制备获得:
将SrCO3粉末、Al2O3粉末按照重量比37:153混合后,在还原气氛、1200℃~1500℃中进行还原反应,获得SrAl12O19。
10.根据权利要求6所述钛合金热障涂层的制备方法,其特征在于,所述铝酸盐通过下述步骤制备获得铝酸盐喷涂粉末:
将所述铝酸盐球磨破碎成铝酸盐粉末,与阿拉伯树胶和柠檬酸铵进行混合后,进行喷雾造粒处理,处理完成后依次进行干燥处理和筛分处理,获得铝酸盐喷涂粉末。
11.根据权利要求10所述钛合金热障涂层的制备方法,其特征在于,所述铝酸盐粉末、所述阿拉伯树胶和所述柠檬酸铵的混合质量比为100:2:0.8,采用卧式球磨机进行混合,转速为50~120r/min,混合时间为4~24h。
12.根据权利要求10所述钛合金热障涂层的制备方法,其特征在于,所述喷雾造粒处理的处理参数为:进口温度200℃~250℃,出口温度110℃~130℃。
13.根据权利要求10所述钛合金热障涂层的制备方法,其特征在于,所述干燥处理的温度为80-120℃,干燥时间为8-12h。
14.根据权利要求3所述钛合金热障涂层的制备方法,其特征在于,所述微弧氧化处理的工艺参数包括:
正极为钛合金基体,负极为不锈钢槽,正相电压为400V~450V,负向电压为0V,占空比为30%,微弧氧化时间为10min,微弧氧化厚度为5μm。
15.根据权利要求3所述钛合金热障涂层的制备方法,其特征在于,所述铝酸钠电解液的浓度为5g/L~15g/L。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310302885.XA CN116397188A (zh) | 2023-03-27 | 2023-03-27 | 一种钛合金热障涂层及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310302885.XA CN116397188A (zh) | 2023-03-27 | 2023-03-27 | 一种钛合金热障涂层及其制备方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN116397188A true CN116397188A (zh) | 2023-07-07 |
Family
ID=87015284
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202310302885.XA Pending CN116397188A (zh) | 2023-03-27 | 2023-03-27 | 一种钛合金热障涂层及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN116397188A (zh) |
-
2023
- 2023-03-27 CN CN202310302885.XA patent/CN116397188A/zh active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN113683430B (zh) | 缺陷萤石结构的氧化物高熵陶瓷及其抗烧蚀涂层的制备方法 | |
CN102167568B (zh) | 非晶纳米晶陶瓷材料、陶瓷涂层及其制备方法 | |
TW200944618A (en) | Member coated with aluminum nitride by thermal spraying and process for producing the same | |
CN104988454A (zh) | 一种抗熔融cmas腐蚀的稀土铝酸盐热障涂层及其制备方法 | |
CN106011971B (zh) | 一种在钛合金表面制备陶瓷膜/釉膜复合涂层的方法 | |
CN114525048B (zh) | 稀土增强氧化锆高温抗氧化涂料、涂层及其制备方法 | |
CN114591102A (zh) | 一种C/C复合材料SiB6-Glass抗氧化涂层及其制备方法 | |
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 | |
CN107937874B (zh) | 一种在铌合金表面制备Pt-Al高温防护涂层的方法 | |
CN110981546A (zh) | C-C复合材料表面抗氧化ZrB2-SiC-Y2O3涂层及其制备方法 | |
WO2023115929A1 (zh) | 一种高熵金属氧化物涂层及其制备方法与应用 | |
Li et al. | Heat-induced interface-coupling behaviour of thermally sprayed Cu/ceramic coatings | |
CN115073174A (zh) | 一种致密高熵稀土铌酸盐高温陶瓷材料、制备方法及应用 | |
CN107630184A (zh) | 一种在铌或铌合金表面制备硅化铌涂层的方法 | |
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 | |
CN107675120A (zh) | 一种在钼或钼合金表面制备硅化钼涂层的方法 | |
CN106544627B (zh) | 一种抗高温热腐蚀复合涂层及其制备方法 | |
US20120070574A1 (en) | Pretreatment method for improving antioxidation of steel t91/p91 in high temperature water vapor | |
CN113025945A (zh) | 一种钛合金复合材料表面高温抗氧化稀土硅酸盐热障涂层的制备方法 | |
CN116397188A (zh) | 一种钛合金热障涂层及其制备方法 | |
CN114672755B (zh) | 一种适于抗高温铝渗透非浸润性涂层及其制备方法 | |
CN114315348A (zh) | 一种全稳定四方ysz靶材及超长寿命eb-pvd涂层的制备方法 | |
CN112760545A (zh) | 耐铝液腐蚀的金属陶瓷复合材料、粉末及其涂层、沉没辊 | |
CN108754399B (zh) | 一种耐高温氟化熔盐腐蚀的二硼化钛涂层及其制备方法 | |
CN113089052A (zh) | 一种镁合金的高强高韧膜层及其制备方法 |
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 |