[发明专利]一种抗火山灰侵蚀的多层热障涂层

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗火山灰侵蚀多层热障涂层，属无机材料热防护技术领域。

背景技术

20世纪40年代以来，航空发动机涡轮叶片材料从锻造合金到铸造合金，再从定向凝固合金发展到单晶合金，其使用温度已接近金属的耐热极限。热障涂层是由高温抗氧化合金粘结层和陶瓷表面层组成的涂层系统，陶瓷层借助于合金粘结层与金属基底联接，粘结层还可对基底起到抗高温氧化的作用。陶瓷层是具备耐高温、低导热等特性的热障涂层，不仅阻止外部环境热量向金属基底传递以提高发动机的推力和热效率，减少燃油消耗，而且可以延长热端部件的使用寿命。

目前采用的热障涂层结构基本上为陶瓷层与粘结层所构成的多层结构。ZrO₂基陶瓷是目前应用最为广泛的热障涂层材料，其中，CaO、MgO、CeO₂、Sc₂O₃或Y₂O₃部分稳定的ZrO₂是较适合的热障涂层材料。ZrO₂具有高熔点、良好的高温化学稳定性、较低的热导率、较高的热膨胀系数及优良的抗热震性能。目前所有的热障涂层材料中，综合性能最优、应用最为广泛的是7-8wt.%的氧化钇（Y₂O₃）部分稳定的氧化锆（ZrO₂），缩写为YSZ。

在热障涂层高温服役环境中，大气中飘泊的火山灰等沙粒、粉尘沉积到高温热障涂层的表面，形成玻璃相火山灰沉积物,火山灰渗入热障涂层的陶瓷层内部，降低涂层应变容限，加速YSZ涂层相变失稳和烧结，同时冷却凝固后在涂层中会产生较大的应力，从而导致陶瓷涂层过早的剥离失效。随着热障涂层的服役温度越来越高，环境中的火山灰熔融沉积在热障陶瓷层表面并导致涂层过早的剥离失效已经引起了广泛的关注。

因此设计新型的热障涂层组成结构，有效地控制氧化钇（Y₂O₃）部分稳定的氧化锆（ZrO₂）中的氧化钇（Y₂O₃）不被火山灰高温侵蚀，提高热障涂层的抗火山灰侵蚀性能，对提高热障涂层的服役寿命是至关重要的。研究表明氧化钇（Y₂O₃）涂层对火山灰具有较强的抗侵蚀能力，且相对其它材料具有较好的抗热震性能，因此，可以在热障涂层最外表面制备氧化钇（Y₂O₃）涂层来改善航空发动机热障涂层抵御火山灰侵蚀的能力。

发明内容

面对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种抗火山灰侵蚀的多层热障涂层，以有效地控制氧化钇（Y₂O₃）部分稳定氧化锆（ZrO₂）中的氧化钇（Y₂O₃）不被火山灰高温侵蚀，提高热障涂层的抗火山灰侵蚀性能。

在此，本发明提供一种抗火山灰侵蚀的多层热障涂层，所述多层热障涂层包括：依次形成于高温合金基材上的高温抗氧化粘结层、陶瓷底层、陶瓷过渡层和抗火山灰侵蚀陶瓷面层，所述陶瓷底层由氧化钇部分稳定的氧化锆组成，所述陶瓷过渡层由氧化钇稳定的氧化锆组成，所述陶瓷过渡层中的氧化钇的百分含量高于所述陶瓷底层中的氧化钇的百分含量，所述抗火山灰侵蚀陶瓷面层由氧化钇组成。