[实用新型]一种多层结构热障涂层

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种抗高温氧化的热障涂层，具体为一种金属粘结层表面改性的抗高温氧化的多层结构热障涂层。

背景技术

现有的高温合金材料无法满足恶劣工程条件对材料高性能的要求，如钛及钛合金在室温及高温下具有较高强度、优异耐腐蚀性和抗磁性能，本该成为航空航天发动机首选材料，但是钛合金因高温环境下较低的抗氧化性以及氧化后脆化，容易导致材料失效进而限制了其在航空发动机等领域应用。镍基合金具有较高的强度和抗氧化腐蚀性能，承受的温度最高可达到1000℃，适合服役在燃气涡轮机叶片等，但是新型燃气涡轮机叶片进口端温度(1650℃)远远高于镍基合金承受最大温度，阻碍镍基高温合金在燃气涡轮机叶片上的直接应用。故而燃烧室内壁、涡轮叶片等金属部件上需制备热障涂层TBCs，以承受更高的温度，获得合格寿命，提高发动机效率。

热障涂层由多层材料组成，具有隔热、抗高温氧化和耐腐蚀等作用，其典型结构为双层，由表层的陶瓷热障层和中间的金属粘结层构成。在热障涂层中实际起隔热作用的是陶瓷热障层，它能有效减少向金属基体的热传导，保护关键零部件等。

然而传统热障涂层在应用过程中，因氧气透过陶瓷层渗入与中间层反应生成氧化物层是导致热障涂层剥落失效最为主要因素。据资料显示，当氧化物层(TGO)厚度大于3μm时足以引起涂层剥落。对于双层系统热障涂层，在热循环条件下，TGO/MCrAlY或TGO/YPSZ的界面均是应力集中区是最可能发生剥落的部位。这主要是因为在使用过程中氧气透过陶瓷层在粘结层首先选择与Al反应生成Al₂O₃，待Al消耗完后，氧气与其它金属元素如Ni，Cr等反应生成非保护性氧化物如(Co，Ni)(Al，Cr)₂O₄和(Co，Ni)O，容易加速裂纹的形成和扩展，引发涂层剥落，导致热障涂层失效。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了提供一种多层结构热障涂层，以解决现有技术的上述问题。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现。

一种多层结构热障涂层，由内而外依次为镍基高温合金层、金属粘结层、氧化物层和陶瓷层。

所述金属粘结层NiCoCrAlY是采用磁控溅射工艺制备，厚度为1～30μm。

所述氧化物层是在磁控溅射后，电泳沉积前，在一定气压和温度，保温适当时间形成，厚度为100～300nm。

所述YSZ陶瓷层是采用电泳沉积及真空烧结工艺制备，厚度为10～60μm；沉积后在一定温度及真空度，保温适当时间形成。

本实用新型有益效果是：该热障涂层在服役过程中可以阻碍氧气透过陶瓷层渗入到中间层与粘结层反应，减少或避免TGO/MCrAlY或TGO/YPSZ界面应力的产生，可以极大延长其使用寿命，较好地保护高温合金基底。

附图说明

图1为本实用新型的层状结构示意图；

图2为本实用新型的实施例镍基高温合金层和金属粘结层XRD图谱；

图3为本实用新型的实施例氧化物层XRD图谱；

图4为本实用新型的实施例陶瓷层XRD图谱。

图中：1、镍基高温合金层   2、金属粘结层   3、氧化物层   4、陶瓷层。

具体实施方式

下面通过附图和实施例进一步阐述本实用新型的结构特点。

如图1所示的一种多层结构热障涂层，由内而外依次为镍基高温合金层1、金属粘结层2、氧化物层3和陶瓷层4。

如图2所示，所述金属粘结层NiCoCrAlY是采用磁控溅射工艺制备，厚度为1～30μm。

如图3所示，所述氧化物层是在磁控溅射后，电泳沉积前，在一定气压和温度，保温适当时间形成，厚度为100～300nm。

如图4所示，所述YSZ陶瓷层是采用电泳沉积及真空烧结工艺制备，厚度为10～60μm；沉积后在一定温度及真空度，保温适当时间形成。