一种镍基合金表面耐高温抗热震热障涂层及其制备方法

本发明属于陶瓷涂层，具体涉及一种镍基合金表面耐高温抗热震热障涂层及其制备方法。

背景技术：

1、镍基合金是一类以镍为主要成分的合金，因其优异的性能在许多高要求的应用领域中广泛使用。镍基合金在高温环境下能保持高强度、具有很好的抗氧化性能、具有优异的抗腐蚀性能，同时镍基合金具有良好的韧性、延展性和疲劳性能，能够在极端条件下长时间保持稳定的机械性能。此外，在镍基合金中加入不同类型的金属元素，并通过成分调控和组织控制能够进一步提高镍基合金的各项性能，从而进一步扩大其应用范围。然而，随着航空航天发展，发动机进气温远远高于镍基合金熔点，热障涂层系统可用于解决镍基合金耐高温问题。由于发动机在运用中出现冷热交替过程，因此热障涂层的抗热震性能也不可忽略。

2、广泛应用于镍基合金的热障涂层包括：单层粘结层与单层陶瓷层、单层粘结层与双层陶瓷层和双层粘结层与双层陶瓷层体系。但是单层粘结层体系由于在粘结层处不存在不同梯度的隔热效果，使得隔热温度为200℃左右，隔热能力没有达到需求；而双层粘结层由于层数增加导致粘结强度降低使得抗热震性能弱（在1200℃，保温10min后水淬次数为100次左右）。

3、本发明旨在提供一种具有优异隔热性能和抗热震性能的镍基合金表面热障涂层。

技术实现思路

1、本发明的第一目的是提供一种镍基合金表面耐高温抗热震热障涂层，本发明的第二目的是提供所述镍基合金表面耐高温抗热震热障涂层的制备方法。

2、本发明的第一目的是这样实现的，一种镍基合金表面耐高温抗热震热障涂层，该热障涂层自下而上依次由第一粘结层、第二粘结层、陶瓷过渡层和陶瓷层组成；

3、所述第一粘结层或第二粘结层的材料为nicocraly、nicraly或nicocralyta中的一种或几种，所述第一粘结层厚度为70 ~ 80µm，第二粘结层厚度为50 ~ 70µm；retao4与ysz或gd2zr2o7的摩尔比为1~ 3:1；

4、所述陶瓷过渡层或陶瓷层的材料由retao4分别与ysz及gd2zr2o7中的一种组成，其中re为y、gd、ho中的一种或几种；

5、所述陶瓷过渡层的厚度为100 ~ 120µm，所述陶瓷层厚度为200 ~ 320µm。

6、所述热障涂层在1500℃时的隔热最高温度为437℃；所述热障涂层的抗热震性能为：1200℃下保温10min后水淬次数最高为347次。

7、本发明的第二目的是这样实现的，所述镍基合金表面耐高温抗热震热障涂层的制备方法，按以下步骤实现：

8、1）将镍基合金表面进行喷砂处理；

9、2）将经喷砂处理后的镍基合金分别采用真空等离子喷涂和超音速火焰喷涂对第一、二粘结层依次进行喷涂，之后在空气中静置10 ~ 15min；

10、3）分别采用大气等离子及超音速火焰喷涂陶瓷过渡层和陶瓷层依次进行喷涂。

11、本发明的有益效果为：本发明应用于镍基合金表面的热障涂层包括第一粘结层、第二粘结层、陶瓷过渡层和陶瓷层。其中，第一粘结层运用真空等离子喷涂方式减少内氧化，第二粘结层运用超音速火焰喷涂使得形成致密的粘结层，表面预留了合适的粗糙度使得粘结层与陶瓷层结合更紧密，提高抗热震性能。陶瓷过渡层和陶瓷层以retao4与ysz或gd2zr2o7不同比例组合使得镍基合金具有很好的耐高温性能，同时具有很好的抗热震性能。本发明提供的应用于镍基合金表面的热障涂层的隔热性能和抗热震性能显著优于现有技术，适于推广应用。

技术特征：

1.一种镍基合金表面耐高温抗热震热障涂层，其特征在于，自下而上依次由第一粘结层、第二粘结层、陶瓷过渡层和陶瓷层组成；

2.根据权利要求1所述镍基合金表面耐高温抗热震热障涂层，其特征在于，所述热障涂层在1500℃时的隔热最高温度为437℃；所述热障涂层的抗热震性能为：1200℃下保温10min后水淬次数最高为347次。

3.根据权利要求1所述镍基合金表面耐高温抗热震热障涂层，其特征在于，所述nicocraly、nicraly或nicocralyta的粒径为90 ~ 120µm；所述ysz、retao4或gd2zr2o7的粒径为45 ~ 90µm。

4.根据权利要求1所述镍基合金表面耐高温抗热震热障涂层，其特征在于，所述第一粘结层材料为nicocraly，所述第二粘结层材料为nicocralyta。

5.权利要求1所述镍基合金表面耐高温抗热震热障涂层的制备方法，其特征在于，按以下步骤实现：

6.根据权利要求5所述镍基合金表面耐高温抗热震热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤2）中，真空等离子喷涂工艺参数为：真空度为10-4 ~ 10-6atm、喷枪功率为34 ~ 39kw、喷枪距离为80 ~ 100 mm、氩气和氢气的气流量分别为40 ~ 50l/min和3 ~ 7l/min、送粉速率为1 ~ 5l/min、喷枪速度为400 ~ 800mm/s。

7.根据权利要求5所述镍基合金表面耐高温抗热震热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤2）中，超音速火焰喷涂工艺参数为：氧气压力为1 ~ 2mpa、丙烷压力为0.3 ~ 0.7 mpa、氮气压力为0.5 ~ 0.7mpa、氧气流量为1000 ~ 1250l∕h、丙烷流量为1100 ~ 1200l∕h、氮气流量为1000 ~ 1100l∕h、喷枪距离为120 ~ 150mm，送粉速率为1 ~ 5l/min，喷枪速度为300~ 500mm/s。

8.根据权利要求5所述镍基合金表面耐高温抗热震热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤3）中，真空等离子喷涂工艺参数为：喷枪功率为40~ 45kw，喷枪距离为120 ~ 150 mm，氩气和氢气的气流量分别为45 ~ 50l/min和4 ~ 8l/min，送粉速率为1 ~ 5l/min，喷枪速度为400 ~ 800mm/s。

9.根据权利要求5所述镍基合金表面耐高温抗热震热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤3）中，超音速火焰喷涂工艺参数为：氧气压力为2 ~ 3mpa、丙烷压力为0.5 ~ 1 mpa、氮气压力为0.5 ~ 0.7mpa、氧气流量为1200 ~ 1350l∕h、丙烷流量为1200 ~ 1400l∕h、氮气流量为1000 ~ 1100l∕h、喷枪距离为150 ~ 180mm，送粉速率为1 ~ 5l/min，喷枪速度为200 ~400mm/s。

10.根据权利要求5所述镍基合金表面耐高温抗热震热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤1）中，用于喷砂处理的材料为粒径为1 ~ 2mm的石英砂，压力为3 ~ 6bar。

技术总结
本发明公开了一种镍基合金表面耐高温抗热震热障涂层及其制备方法。所述热障涂层自下而上依次由第一粘结层、第二粘结层、陶瓷过渡层和陶瓷层组成；所述第一粘结层或第二粘结层的材料为NiCoCrAlY、NiCrAlY或NiCoCrAlYTa中的一种或几种，所述第一粘结层厚度为70~80µm，第二粘结层厚度为50~70µm；所述陶瓷过渡层或陶瓷层的材料由RETaO<subgt;4</subgt;分别与YSZ及Gd<subgt;2</subgt;Zr<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;中的一种组成，其中RE为Y、Gd、Ho中的一种或几种；RETaO<subgt;4</subgt;与YSZ或Gd<subgt;2</subgt;Zr<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;的摩尔比为1~3:1；所述陶瓷过渡层的厚度为100~120µm，所述陶瓷层厚度为200~320µm。本发明提供的应用于镍基合金表面的热障涂层的隔热性能和抗热震性能显著优于现有技术，适于推广应用。

技术研发人员：冯晶,陈勋磊,陈琳,田将
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5