CN116445911A - 热障涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种热障涂层的制备方法,涉及涂层制备技术领域,为解决热障涂层隔热性能好、耐久性高与制造效率高难以兼容的问题而设计。热障涂层的制备方法包括采用PS‑PVD多次连续交替喷涂YSZ和GZO两种涂层,YSZ的第一次喷涂先于GZO的第一次喷涂。本发明提供的热障涂层的制备方法可以制造出连续成形的、沉积效率高、耐久性好、隔热性能优良的热障涂层。
Description
技术领域
本发明涉及涂层制备技术领域,具体而言,涉及一种热障涂层的制备方法。
背景技术
热障涂层(Thermal barrier coatings,TBCs)作为应用于发动机热端部件的关键热防护技术,其具有良好的隔热、抗高温氧化、抗腐蚀等性能,能够有效降低高温燃气对涡轮叶片等金属基材的热损伤等影响,因此也被称为先进航空发动机提高涡轮叶片服役温度的3大关键技术之一。随着航空发动机向着高推重比、高热效率等方向发展,要求其具有更高的涡轮进口温度,这对航空发动机涡轮叶片等热端部件的热防护材料提出了严峻的挑战,也对热障涂层的隔热效果提出了更高的要求。
目前在实际应用中,热障涂层陶瓷材料的制备技术主要为大气等离子喷涂(Atmospheric Plasma Spraying,APS)和电子束物理气相沉积(Electron Bean PhysicalVapor Deposition,EB PVD)。其中APS制备技术具有涂层沉积效率高,设备及运行成本低,其制备的热障涂层具有层状结构,热导率低,但其耐久性不足,在多层涂层制备中存在涂层单层厚度过厚,涂层层厚比控制精度不足;EB-PVD制备技术特点为涂层与基材具有良好的结合力,涂层具有高耐久性,在多层交替涂层制备中可以良好控制层厚比,但其沉积效率低,设备运行成本高,涂层具有柱状结构,涂层隔热性能较差。由此可见,需要开发一种能够连续成形的、沉积效率高、耐久性好、隔热性能优良的多层交替涂层制备技术,来满足现今先进动力系统涡轮前温度升高需求对热障涂层隔热效果提出的严峻挑战。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种热障涂层的制备方法,以解决现有热障涂层隔热性能好、耐久性高与制造效率高难以兼容的技术问题。
本发明提供的一种热障涂层的制备方法,包括:采用PS-PVD多次连续交替喷涂每层厚度可控的YSZ和GZO两种涂层,YSZ的第一次喷涂先于GZO的第一次喷涂。
本发明热障涂层的制备方法带来的有益效果是:
通过交替喷涂YSZ和GZO两种涂层,可以具有更多的涂层间界面,更有利于降低热传导中声子和光子的散射和反射,热障涂层的隔热效果明显提高。而且,连续自动喷涂,有效缩短涂层制备时间,提高喷涂效率,在一个涂层喷涂完之后立即喷涂另一涂层,连续喷涂有利于涂层间界面结合均匀。相比于采用APS喷涂的方式,APS每次喷涂厚度至少要二三十微米,而本申请采用PS-PVD喷涂,每层的厚度可以精确控制,例如喷涂50μm、30μm或10μm、6μm等厚度都是可行的。
优选的技术方案中,还包括:在第一次喷涂所述YSZ之前,在基材上制备金属粘结层,所述金属粘结层厚度为20μm~60μm,制备所述金属粘结层后,在900℃~950℃热处理3.5h~5h。
优选的技术方案中,所述金属粘结层选用MCrALY粘结层或Pt-Al粘结层。
优选的技术方案中,还包括:在第一次喷涂所述YSZ之前,确认沉积速率:根据设定的YSZ粉末送粉速率Pr1和工艺参数及喷枪运动参数获得第一沉积速率V1,根据设定的GZO粉末送粉速率Pr2和工艺参数、喷枪运动参数获得第二沉积速率V2。
优选的技术方案中,所述YSZ和所述GZO的粉末粒径范围为1μm~30μm,松装密度为0.8g/cm3~1.5g/cm3,将YSZ粉末和GZO粉末在真空烘箱中在80℃以上烘干4小时以上,然后将YSZ粉末放入第一送粉器中,将GZO粉末分别放入第二送粉器中,所述第一送粉器和所述第二送粉器均保持80℃以上的温度。
优选的技术方案中,还包括:在第一次喷涂所述YSZ之前,根据总厚度T0和YSZ层的每层厚度T1以及GZO层的每层厚度T2,获得交替喷涂次数N;根据所述T1和所述第一沉积速率V1获得每层YSZ的第一喷涂时长t1;根据所述T2和所述第二沉积速率V2获得每层GZO的第一喷涂时长t2。
优选的技术方案中,所述YSZ的喷涂和所述GZO的喷涂中,工艺参数为:喷涂距离为1000mm~1300mm,喷枪移动速度为100mm/s~200mm/s,预热电流为1500A~1800A,喷涂电流为1800A~2200A,氩气流量20slpm~40slpm,氦气流量50slpm~70slpm,YSZ载气流量为10slpm~14slpm,GZO载气流量为12slpm~16slpm,氧气流量为1slpm~3slpm,送粉速率为4g/min~15g/min。
优选的技术方案中,还包括:在第一次喷涂所述YSZ之前,将工件置于真空罐的安装台上,真空罐压力保持≤200Pa,对所述工件进行预热,所述工件的预热温度为700℃~900℃;在喷涂过程结束后,停止送粉,关闭喷枪,待工件的温度降低至≤300℃后,对所述真空罐回压。
优选的技术方案中,在涂层制备过程中连续交替喷涂所述YSZ和所述GZO,每个所述第一喷涂时长t1和每个所述第二喷涂时长t2结束后,根据所述交替喷涂次数N自动切换工艺参数,直至喷涂结束。
优选的技术方案中,所述在基材上制备金属粘结层采用多弧等离子镀,在所述多弧等离子镀之前,先对工件进行湿喷砂处理,将喷砂后的工件经过超声波清洗后吹干。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或背景技术中的技术方案,下面将对实施例或背景技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,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,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备的3YSZ/3GZO交替涂层在1000倍放大倍率下涂层的截面形貌示意图。
图2为本发明实施例1制备的3YSZ/3GZO交替涂层在5000倍放大倍率下涂层的截面形貌示意图。
图3为本发明实施例2制备的6YSZ/6GZO交替涂层在1000倍放大倍率下涂层的截面形貌示意图。
图4为本发明实施例2制备的6YSZ/6GZO交替涂层在5000倍放大倍率下涂层的截面形貌示意图。
图5为本发明实施例3制备的9YSZ/9GZO交替涂层在1000倍放大倍率下涂层的截面形貌示意图。
图6为本发明实施例3制备的9YSZ/9GZO交替涂层在5000倍放大倍率下涂层的截面形貌示意图。
图7为本发明实施例1~实施例3制备的交替涂层随温度不同隔热效果的曲线。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的热障涂层的制备方法,包括:采用PS-PVD多次连续交替喷涂厚度可控的YSZ和GZO两种涂层,YSZ的第一次喷涂先于GZO的第一次喷涂。
其中,YSZ为氧化钇部分稳定氧化锆,GZO为锆酸钆。
通过交替喷涂YSZ和GZO两种涂层,可以具有更多的涂层间界面,更有利于降低热传导中声子和光子的散射和反射,热障涂层的隔热效果明显提高。而且,连续自动喷涂,有效缩短涂层制备时间,提高喷涂效率,在一个涂层喷涂完之后立即喷涂另一涂层,连续喷涂有利于涂层间界面结合均匀。相比于采用APS喷涂的方式,APS每次喷涂厚度至少要二三十微米,而本申请采用PS-PVD喷涂,每层的厚度可以精确控制,例如喷涂50μm、30μm或10μm、6μm等厚度都是可行的。
优选的,热障涂层的制备方法还包括:在第一次喷涂YSZ之前,在基材上制备金属粘结层,金属粘结层厚度为20μm~60μm,制备金属粘结层后,在900℃~950℃热处理3.5h~5h。
在第一次喷涂YSZ之前,在基材上喷涂金属粘结层,有利于提高YSZ与金属基材的结合强度,并且在制备金属粘结层后,还进行热处理,有利于降低粘结层的应力,还可以增加金属粘结层与金属基材之间的扩散,从而提高结合强度。
优选的,金属粘结层选用MCrALY粘结层或Pt-Al粘结层。
其中,本申请中,MClAlY中的M可以为Ni和Si中的至少一种。
优选的,热障涂层的制备方法还包括:在第一次喷涂YSZ之前,确认沉积速率:根据设定的YSZ粉末送粉速率Pr1和工艺参数及喷枪运动参数获得第一沉积速率V1,根据设定的GZO粉末送粉速率Pr2和工艺参数、喷枪运动参数获得第二沉积速率V2。
其中,确认沉积速率时所用的工艺参数和喷枪运动参数,与实际喷涂过程中的工艺参数和喷枪运动参数相同。
获得沉积速率,有利于在喷涂作业中将对每个涂层厚度的把握转化为时间控制。而采用时间控制,相比于测量对应涂层的厚度再控制是否继续喷涂该涂层的做法,则是非常简便地控制方法,不但提高了喷涂的连续性,更重要的,可以提高喷涂的控制精度和质量,需要喷涂多厚的涂层换算成时间,到相应时间后停止,即可喷涂多厚的涂层。
优选的,YSZ和GZO的粉末粒径范围为1μm~30μm,松装密度为0.8g/cm3~1.5g/cm3,将YSZ粉末和GZO粉末在真空烘箱中在80℃以上烘干4小时以上,然后将YSZ粉末放入第一送粉器中,将GZO粉末分别放入第二送粉器中,第一送粉器和第二送粉器均保持80℃以上的温度。
将YSZ粉末和GZO粉末在真空烘箱中以80℃以上的温度烘干至少4小时,可以消除YSZ粉末和GZO粉末中的水分,并且使得第一送粉器和第二送粉器保持这个同样的温度,也可以防止载气中的水分在第一送粉器和第二送粉器中凝结在YSZ粉末和GZO粉末上。而且,在第一送粉器、第二送粉器中每次喷涂时均保持同样的温度,也保持了每种粉末在每次喷涂过程时流动性的一致,避免气温变化影响YSZ粉末和GZO粉末的流动性。
优选的,热障涂层的制备方法还包括:在第一次喷涂YSZ之前,根据总厚度T0和YSZ层的每层厚度T1以及GZO层的每层厚度T2,获得交替喷涂次数N;根据T1和第一沉积速率V1获得每层YSZ的第一喷涂时长t1;根据T2和第二沉积速率V2获得每层GZO的第一喷涂时长t2。
具体的,可以将YSZ层的每层厚度T1和GZO层的每层厚度T2分别转化为第一喷涂时长t1和第二喷涂时长t2,当每个喷涂过程达到相应的时长时,喷涂程序则可以自动切换到另一喷涂过程。
优选的,YSZ的喷涂和GZO的喷涂均采用PS-PVD(Plasma Spray-Physical VaporDeposition,等离子体物理气相沉积)喷涂,工艺参数为:喷涂距离为1000mm~1300mm,喷枪移动速度为100mm/s~200mm/s,预热电流为1500A~1800A,喷涂电流为1800A~2200A,氩气流量20slpm~40slpm,氦气流量50slpm~70slpm,YSZ载气流量为10slpm~14slpm,GZO载气流量为12slpm~16slpm,氧气流量为1slpm~3slpm,送粉速率为4g/min~15g/min。
相比于APS制备的热障涂层,该方法制备的涂层具有柱状晶结构,涂层隔热效果与APS涂层相当,涂层耐久性更高,克服了其制备涂层时单层厚度过厚且涂层层厚比不可控等不足。而相比于EB-PVD制备的热障涂层,本方法制备涂层的沉积效率明显提高,制造成本显著降低。
优选的,热障涂层的制备方法还包括:在第一次喷涂YSZ之前,将工件置于真空罐的安装台上,真空罐压力保持≤200Pa,对工件进行预热,工件的预热温度为700℃~900℃;在喷涂过程结束后,停止送粉,关闭喷枪,待工件的温度降低至≤300℃后,对真空罐回压。
将工件预热,可以减少喷涂时的高温对工件产生的突然影响,降低温度骤增给工件表面和粘结层带来的应力突变,从而改善涂层的牢固程度。
优选的,在涂层制备过程中连续交替喷涂YSZ和GZO,每个第一喷涂时长t1和每个第二喷涂时长t2结束后,自动切换工艺参数。
在每个第一喷涂时长t1和每个第二喷涂时长t2结束后,自动切换工件工艺参数,消除每种材料喷涂之间的时间间隔,可以提高喷涂的效率,保证喷涂效果。
优选的,在基材上制备金属粘结层采用多弧等离子镀,在多弧等离子镀之前,先对工件进行湿喷砂处理,将喷砂后的工件经过超声波清洗后吹干。
在多弧等离子镀之前,先对工件进行湿喷砂处理,有利于提高工件表面的粗糙度,增加结合力,从而提高粘结层与工件的结合强度。
兹举以下几个实施例具体说明本申请的热障涂层的制备方法:
以下各个实施例中,粉末采用的是PS-PVD专用的YSZ纳米团聚粉末和GZO粉末,YSZ粉末和GZO粉末的粒径范围是1-30μm,松装密度为0.8-1.5g/cm3。其中,需要说明的是,实际操作中,各个步骤的先后顺序,并不局限于以下的表述方式,只要保证粉末准备及沉积速率确认、喷涂样品准备、工艺参数设置和喷涂时间设置这几个步骤在涂层制备之前,且喷涂工艺参数的确定在粉末准备及沉积速率确认之前即可。其中,实施例1~实施例3中的喷涂样件采用GH4169高温合金试片,该试片为扁圆柱形,形状较为规整,以便统一加工的尺寸,减少其他因素对隔热性能检测的影响。
实施例1:
本实施例,所制备的热障涂层为3YSZ/3GZO交替涂层,具体为3层YSZ和3层GZO交替设置,主要工艺流程如下:
粉末准备及沉积速率确认:称量YSZ粉末和GZO粉末各1Kg,将称量好的粉末分别放入不锈钢托盘,将装好粉末的托盘放置在真空烘箱中烘干处理,温度设置为80℃,时间为4h,将烘干后的粉末分别加入到第一送粉器和第二送粉器中,送粉器设置温度为80℃;分别调节YSZ送粉速率Pr1为10g/min,GZO送粉速率Pr2为6g/min,根据工艺参数设置中确定的工艺参数及喷枪运动参数下测定YSZ的第一沉积效率Dr1为24μm/min和GZO的第二沉积效率Dr2为17μm/min。
喷涂样品准备:准备喷涂基材样品,喷涂样件采用GH4169高温合金试片,尺寸为φ25.4*6mm,试片经湿喷砂处理,湿喷砂采用120目白刚玉,压力为0.3±0.1Mpa,距离为70mm~90mm,角度为45°~90°,喷砂后的样品经过超声清洗,吹干。采用多弧离子镀设备在样品表面制备NiCrAlYSi粘结层,厚度为40±2μm;带粘结层的样品经930℃热处理4h后待用;
工艺参数设置:设置PS-PVD喷涂工艺参数,喷涂距离:1300mm,喷枪移动速度:100mm/s,摆动幅度:60mm,喷涂预热电流:1600A,喷涂电流:2000A,氩气流量:30slpm,氦气流量:60slpm,YSZ载气流量:12slpm,GZO载气流量:14slpm,喷涂时氧气流量:3slpm。
喷涂时间设置:设定喷涂时间,依据总厚度T0为120μm,以及YSZ层每层厚度T1为24μm和GZO每层厚度T2为17μm,依据沉积效率计算每层喷涂时长t为60s及工步中交替喷涂次数N为6次。根据层厚比设定,即喷涂过程中每工步的喷涂时长t为60s,第一喷涂时长t1和第二喷涂时长t2均为60s。喷涂过程中每工步的喷涂沉积参数自动切换。
涂层制备:将喷涂样品准备中待用的样品安装喷涂夹具,将带样品的夹具装配到PS-PVD真空罐内安装台上,调整喷枪位置,保持喷枪与工件垂直,距离为1300mm,关闭真空罐,打开真空泵,保持真空罐内气压为≤200Pa,开启等离子喷枪,电流1600A时,对工件进行预热,预热温度为762℃。预热结束后,开启每工步自动切换喷涂模式,直到完成时长6min的整个涂层的制备。停止送粉,等离子喷枪关闭,喷涂结束后等待工件降温到≤300℃时,对真空罐回压。真空罐压力达到大气压后,打开真空罐门,取出喷涂后工件样品,YSZ和GZO多层交替的热障涂层的制备方法结束。
图1为实施例1制备的3YSZ/3GZO交替涂层在1000倍放大倍率下涂层的截面形貌,图2为上述交替涂层在5000倍放大倍率下涂层的截面形貌,如图所示,涂层为典型的PS-PVD柱状结构,交替涂层界面结合良好,柱状晶结构生长状态完整。如图7所示,涂层隔热效果随涂层表面温度的增加而增大,3YSZ/3GZO交替涂层的隔热效果略低于6YSZ/6GZO涂层和9YSZ/9GZO涂层。
实施例2:
本实施例,所制备的热障涂层为6YSZ/6GZO交替涂层,具体为6层YSZ和6层GZO交替设置,主要工艺流程如下:
粉末准备及沉积速率确认:称量YSZ粉末和GZO粉末各1Kg,将称量好的粉末分别放入不锈钢托盘,将装好粉末的托盘放置在真空烘箱中烘干处理,温度设置为80℃,时间为4h,将烘干后的粉末分别加入到第一送粉器和第二送粉器中,送粉器设置温度为80℃;分别调节YSZ送粉速率Pr1为10g/min,GZO送粉速率Pr2为6g/min,根据工艺参数设置中确定的工艺参数及喷枪运动参数下测定YSZ的第一沉积效率Dr1为24μm/min和GZO的第二沉积效率Dr2为17μm/min。
喷涂样品准备:准备喷涂基材样品,喷涂样件采用GH4169高温合金试片,尺寸为φ25.4*6mm,试片经湿喷砂处理,湿喷砂采用120目白刚玉,压力为0.3±0.1Mpa,距离为70mm~90mm,角度为45°~90°,喷砂后的样品经过超声清洗,吹干。采用多弧离子镀设备在样品表面制备NiCrAlYSi粘结层,厚度为40±2μm;带粘结层的样品经930℃热处理4h后待用。
工艺参数设置:设置PS-PVD喷涂工艺参数,喷涂距离:1300mm,喷枪移动速度:100mm/s,摆动幅度:60mm,喷涂预热电流:1600A,喷涂电流:2000A,氩气流量:30slpm,氦气流量:60slpm,YSZ载气流量:12slpm,GZO载气流量:14slpm,喷涂时氧气流量:3slpm。
喷涂时长设置:设定喷涂时长,依据总厚度T0为120μm,以及YSZ层每层厚度T1为12μm和GZO每层厚度T2为8.5μm,依据沉积效率计算每层喷涂时长t为30s及工步中交替喷涂次数N为12次。根据层厚比设定,喷涂过程中每工步的喷涂时长t为30s,即第一喷涂时长t1和第二喷涂时长t2均为30s。喷涂过程中每工步的喷涂沉积参数自动切换。
涂层制备:将喷涂样品准备中待用的样品安装喷涂夹具,将带样品的夹具装配到PS-PVD真空罐内安装台上,调整喷枪位置,保持喷枪与工件垂直,距离为1300mm,关闭真空罐,打开真空泵,保持真空罐内气压为≤200Pa,开启等离子喷枪,电流1600A时,对工件进行预热,预热温度为723℃。预热结束后,开启每工步自动切换喷涂模式,直到完成时长6min的整个涂层的制备。停止送粉,等离子喷枪关闭,喷涂结束后等待工件降温到≤300℃时,对真空罐回压。真空罐压力达到大气压后,打开真空罐门,取出喷涂后工件样品,YSZ和GZO多层交替的热障涂层的制备方法结束。
图3为实施例2制备的6YSZ/6GZO交替涂层在1000倍放大倍率下涂层的截面形貌,图4为上述交替涂层在5000倍放大倍率下涂层的截面形貌,如图所示,涂层为典型的PS-PVD柱状结构,交替涂层界面结合良好,柱状晶结构生长状态完整。如图7所示,涂层隔热效果随涂层表面温度的增加而增大,6YSZ/6GZO交替涂层的隔热效果处在3YSZ/3GZO涂层和9YSZ/9GZO涂层之间。
实施例3:
本实施例,所制备的热障涂层为9YSZ/9GZO交替涂层,具体为9层YSZ和9层GZO交替设置,主要工艺流程如下:
粉末准备及沉积速率确认:称量YSZ粉末和GZO粉末各1Kg,将称量好的粉末分别放入不锈钢托盘,将装好粉末的托盘放置在真空烘箱中烘干处理,温度设置为80℃,时间为4h,将烘干后的粉末分别加入到第一送粉器和第二送粉器中,送粉器设置温度为80℃;分别调节YSZ送粉速率Pr1为10g/min,GZO送粉速率Pr2为6g/min,根据工艺参数设置中确定的工艺参数及喷枪运动参数下测定YSZ的第一沉积效率Dr1为24μm/min和GZO的第二沉积效率Dr2为17μm/min。
喷涂样品准备:准备喷涂基材样品,喷涂样件采用GH4169高温合金试片,尺寸为φ25.4*6mm,试片经湿喷砂处理,湿喷砂采用120目白刚玉,压力为0.3±0.1Mpa,距离为70mm~90mm,角度为45°~90°,喷砂后的样品经过超声清洗,吹干。采用多弧离子镀设备在样品表面制备NiCrAlYSi粘结层,厚度为40±2μm;带粘结层的样品经930℃热处理4h后待用。
工艺参数设置:设置PS-PVD喷涂工艺参数,喷涂距离:1300mm,喷枪移动速度:100mm/s,摆动幅度:60mm,喷涂预热电流:1600A,喷涂电流:2000A,氩气流量:30slpm,氦气流量:60slpm,YSZ载气流量:12slpm,GZO载气流量:14slpm,喷涂时氧气流量:3slpm。
喷涂时长设置:设定喷涂时长,依据总厚度T0为120μm,以及YSZ层每层厚度T1为8μm和GZO每层厚度T2为5.7μm,依据沉积效率计算每层喷涂时长t为20s及工步中交替喷涂次数N为18次。根据层厚比设定,喷涂过程中每工步的喷涂时长t为20s,即第一喷涂时长t1和第二喷涂时长t2均为20s。喷涂过程中每工步的喷涂沉积参数自动切换。
涂层制备:将喷涂样品准备中待用的样品安装喷涂夹具,将带样品的夹具装配到PS-PVD真空罐内安装台上,调整喷枪位置,保持喷枪与工件垂直,距离为1300mm,关闭真空罐,打开真空泵,保持真空罐内气压为≤200Pa,开启等离子喷枪,电流1600A时,对工件进行预热,预热温度为800℃。预热结束后,开启每工步自动切换喷涂模式,直到完成时长6min的整个涂层的制备。停止送粉,等离子喷枪关闭,喷涂结束后等待工件降温到≤300℃时,对真空罐回压。真空罐压力达到大气压后,打开真空罐门,取出喷涂后工件样品,YSZ和GZO多层交替的热障涂层的制备方法结束。
图5为实施例3制备的9YSZ/9GZO交替涂层在1000倍放大倍率下涂层的截面形貌,图6为上述的交替涂层在5000倍放大倍率下涂层的截面形貌,如图所示,涂层为典型的PS-PVD柱状结构,交替涂层界面结合良好,柱状晶结构生长状态完整。如图7所示,涂层隔热效果随涂层表面温度的增加而增大,9YSZ/9GZO交替涂层的隔热效果高于3YSZ/3GZO涂层和6YSZ/6GZO涂层的隔热效果。
虽然本发明披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
最后,还需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
上述实施例中,诸如“上”、“下”等方位的描述,均基于附图所示。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。
因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种热障涂层的制备方法,其特征在于,包括:采用PS-PVD多次连续交替喷涂每层厚度可控的YSZ和GZO两种涂层,所述YSZ的第一次喷涂先于所述GZO的第一次喷涂。
2.根据权利要求1所述的热障涂层的制备方法,其特征在于,还包括:在第一次喷涂所述YSZ之前,确认沉积速率:根据设定的YSZ粉末送粉速率Pr1和工艺参数及喷枪运动参数获得第一沉积速率V1,根据设定的GZO粉末送粉速率Pr2和工艺参数、喷枪运动参数获得第二沉积速率V2。
3.根据权利要求2所述的热障涂层的制备方法,其特征在于,所述YSZ和所述GZO的粉末粒径范围为1μm~30μm,松装密度为0.8g/cm3~1.5g/cm3,将YSZ粉末和GZO粉末在真空烘箱中在80℃以上烘干4小时以上,然后将YSZ粉末放入第一送粉器中,将GZO粉末分别放入第二送粉器中,所述第一送粉器和所述第二送粉器均保持80℃以上的温度。
4.根据权利要求2所述的热障涂层的制备方法,其特征在于,还包括:在第一次喷涂所述YSZ之前,根据总厚度T0和YSZ层的每层厚度T1以及GZO层的每层厚度T2,获得交替喷涂次数N;根据所述T1和所述第一沉积速率V1获得每层YSZ的第一喷涂时长t1;根据所述T2和所述第二沉积速率V2获得每层GZO的第一喷涂时长t2。
5.根据权利要求2所述的热障涂层的制备方法,其特征在于,所述YSZ的喷涂和所述GZO的喷涂中,工艺参数为:喷涂距离为1000mm~1300mm,喷枪移动速度为100mm/s~200mm/s,预热电流为1500A~1800A,喷涂电流为1800A~2200A,氩气流量20slpm~40slpm,氦气流量50slpm~70slpm,YSZ载气流量为10slpm~14slpm,GZO载气流量为12slpm~16slpm,氧气流量为1slpm~3slpm,送粉速率为4g/min~15g/min。
6.根据权利要求4所述的热障涂层的制备方法,其特征在于,在涂层制备过程中连续交替喷涂所述YSZ和所述GZO,每个所述第一喷涂时长t1和每个所述第二喷涂时长t2结束后,根据所述交替喷涂次数N自动切换工艺参数,直至喷涂结束。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的热障涂层的制备方法,其特征在于,还包括:在第一次喷涂所述YSZ之前,将工件置于真空罐的安装台上,真空罐压力保持≤200Pa,对所述工件进行预热,所述工件的预热温度为700℃~900℃;在喷涂过程结束后,停止送粉,关闭喷枪,待工件的温度降低至≤300℃后,对所述真空罐回压。
8.根据权利要求2-6中任一项所述的热障涂层的制备方法,其特征在于,还包括:在第一次喷涂所述YSZ之前,在基材上制备金属粘结层,所述金属粘结层厚度为20μm~60μm,制备所述金属粘结层后,在900℃~950℃热处理3.5h~5h。
9.根据权利要求8所述的热障涂层的制备方法,其特征在于,所述金属粘结层选用MCrALY粘结层或Pt-Al粘结层。
10.根据权利要求8所述的热障涂层的制备方法,其特征在于,所述在基材上制备金属粘结层采用多弧等离子镀,在所述多弧等离子镀之前,先对工件进行湿喷砂处理,将喷砂后的工件经过超声波清洗后吹干。
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