CN206375987U - 等离子热喷涂法制备的热障涂层 - Google Patents

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董鹏展
王文雪
邵璇
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Abstract

一种等离子热喷涂法制备的热障涂层。由于飞机发动机热端组件的工作温度可高达1350℃，因此需要用到许多先进结构材料制备热障涂层(TBCs)来冷却发动机热端组件。一种等离子热喷涂法制备的热障涂层，其组成包括：高温合金基体、Ni/Al粘结层和纳米CYSZ陶瓷热障涂层，所述的高温合金基体（1）表面连接Ni/Al粘结层（2），所述的Ni/Al粘结层连接纳米CYSZ陶瓷热障涂层（3）。本实用新型申请涉及喷涂防护与发动机热防护领域，特别应用于等离子热喷涂法制备的发动机构件表面。

Description

等离子热喷涂法制备的热障涂层
技术领域：
本实用新型涉及一种喷涂防护与发动机热防护领域，尤其涉及一种等离子热喷涂法制备的热障涂层。
背景技术：
由于飞机发动机热端组件的工作温度可高达1350 ℃，因此需要用到许多先进结构材料制备热障涂层(TBCs)来冷却发动机热端组件；热障涂层把热端组件从大量持续的热负荷中隔离出来，使负载合金与涂层表面之间存在可承受的温差；因此，热障涂层应具有较高的相稳定性避免由相变引起体积变化、较低的热导率以保护基体免受高温侵蚀、较好的热震性能以延长涂层使用寿命；目前，等离子喷涂制备YSZ涂层的研究在很多文献中都有记载，但对采用共沉淀法制备CeO2稳定YSZ(CYSZ)纳米陶瓷粉末并大气等离子喷涂成热障涂层的研究却很少。
发明内容：
本实用新型的目的是提供一种等离子热喷涂法制备的热障涂层。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种等离子热喷涂法制备的热障涂层，其组成包括：高温合金基体、Ni/Al粘结层和纳米CYSZ陶瓷热障涂层，所述的高温合金基体表面连接Ni/Al粘结层，所述的Ni/Al粘结层连接纳米CYSZ陶瓷热障涂层。
所述的等离子热喷涂法制备的热障涂层，所述的高温合金基体表面需采用24目白刚玉砂，进行喷砂处理，使基体表面粗糙度≥4μm，再喷涂连接Ni/Al粘结层，所述的喷涂Ni/Al粘结层和所述的喷涂纳米CYSZ陶瓷热障涂层的厚度分别为100μm和200μm。
所述的等离子热喷涂法制备的热障涂层，所述的高温合金基体即为发动机热端组件，其材质为35Cr2Ni4MoA合金结构钢。
本实用新型的有益效果：
1.本实用新型的热障涂层，使用纳米CYSZ陶瓷热障涂层的优点是：增加发动机的功率密度，燃料效率，并提高发动机的安全可靠性。
本实用新型的热障涂层，使用纳米CYSZ陶瓷层材料，其熔点达2700 ℃；热导率为1.29W·m-1·K-1，低热导率，可提高陶瓷层隔热性能，热膨胀系数为11×10-6 ℃-1，可以减少金属基体与陶瓷层之间热膨胀系数不匹配产生的应力；其低密度(6.4 g/cm3)可以减轻发动机质量；低弹性模量可以减少热应力；较高硬度(1350.8 HV)使得CYSZ材料具有优良的耐磨性与耐腐蚀性，高的抗热震性使得CYSZ具有优异的热稳定性，更适合发动机热端部件高温环境的应用。
本实用新型的热障涂层，目的是用共沉淀法制备CeO2—Y2O3共稳定的CYSZ纳米陶瓷粉末，再对CYSZ纳米粉喷雾造粒后，采用等离子喷涂技术方法制备纳米CYSZ陶瓷热障涂层，将稀土材料与纳米材料独有的特点与热障涂层材料相结合，通过研究得到热障涂层微观组织与宏观性能之间的关系，使CeO2—Y2O3共稳定的CYSZ热障涂层很好地应用于工作温度不断提高的发动机热端部件。
本实用新型的热障涂层，所述的Ni/Al粘结层材料为450NS镍铝粉末(80 %Ni和20%Al)。
附图说明：
附图1是本实用新型的结构示意图。
附图2是本实用新型的制备纳米陶瓷粉末的工艺路线图。
附图3是本实用新型的纳米CYSZ陶瓷粉末喷雾造粒工艺流程图。
图中：1 —高温合金基体；2 — Ni/Al粘结层；3 —纳米CYSZ陶瓷热障涂层。
具体实施方式：
实施例1：
一种等离子热喷涂法制备的热障涂层，其组成包括：高温合金基体、Ni/Al粘结层和纳米CYSZ陶瓷热障涂层，所述的高温合金基体1表面连接Ni/Al粘结层2，所述的Ni/Al粘结层连接纳米CYSZ陶瓷热障涂层3。
实施例2：
根据实施例1所述的等离子热喷涂法制备的热障涂层所述的高温合金基体表面需采用24目白刚玉砂，进行喷砂处理，使基体表面粗糙度≥4μm，再喷涂连接Ni/Al粘结层，所述的喷涂Ni/Al粘结层和所述的喷涂纳米CYSZ陶瓷热障涂层的厚度分别为100μm和200μm。
实施例3：
根据实施例1所述的等离子热喷涂法制备的热障涂层，所述的高温合金基体即为发动机热端组件，其材质为35Cr2Ni4MoA合金结构钢。
实施例4：
根据实施例1所述的等离子热喷涂法制备的热障涂层，所述的纳米CYSZ陶瓷热障涂层的材质为：以ZrOCl2·8H2O、Y(NO3)3·6H2O、Ce(NO3)3·6H2O为原料，以NH3·H2O作沉淀剂，以PEG-6000作分散剂，经水浴搅拌、陈化、抽滤、水洗醇洗、混合沉淀等工序处理，再经研磨、干燥处理，将得到的物质与氢氧化物混合后经煅烧，得CYSZ复合纳米粉；将CYSZ复合纳米粉加入粘合剂PVA和去离子水，进行球磨，再通过喷雾造粒团聚成球形粉末，对造粒后的球形粉末干燥，脱去PVA；采用等离子喷涂设备，在合金钢（35Cr2Ni4MoA）基体上喷涂粘结层（450NS镍铝粉）和造粒后的CYSZ陶瓷复合纳米粉，得到纳米CYSZ陶瓷热障涂层。

Claims (3)

1.一种等离子热喷涂法制备的热障涂层，其组成包括：高温合金基体、Ni/Al粘结层和纳米CYSZ陶瓷热障涂层，其特征是：所述的高温合金基体表面连接Ni/Al粘结层，所述的Ni/Al粘结层连接纳米CYSZ陶瓷热障涂层。
2.根据权利要求1所述的等离子热喷涂法制备的热障涂层，其特征是：所述的高温合金基体表面需采用24目白刚玉砂，进行喷砂处理，使基体表面粗糙度≥4μm，再喷涂连接Ni/Al粘结层，所述的喷涂Ni/Al粘结层和所述的喷涂纳米CYSZ陶瓷热障涂层的厚度分别为100μm和200μm。
3.根据权利要求1所述的等离子热喷涂法制备的热障涂层，其特征是：所述的高温合金基体即为发动机热端组件，其材质为35Cr2Ni4MoA合金结构钢。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107699840A (zh) * 2017-10-25 2018-02-16 河北工业大学 多孔氧化锆热障涂层的制备方法
CN114480999A (zh) * 2022-01-26 2022-05-13 西南科技大学 超高温长寿命热障涂层材料及超高温长寿命热障涂层的制备方法

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