[发明专利]共晶结构热障涂层材料及其可用于热喷涂的粉粒制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种共晶结构热障涂层材料及其可用于热喷涂的粉粒制造方法，属于耐高温陶瓷材料技术领域。

背景技术

热障涂层就是在金属或合金零部件的表面喷涂一层耐高温的具有低导热系数的材料，该涂层具有降低金属或合金基体受热，防治金属或合金基体氧化，保证这些部件在相对较高的温度下正常工作。主要是应用于各种高温热机，如燃气轮机或喷气发动机的转子或定子叶片的表面隔热防护涂层，燃气轮机或喷气发动机燃烧室内壁，汽油或柴油发动机燃烧室内壁，火箭喷管，或其他一些高温燃烧器内壁，或者其他一些工作在高温环境下的金属零部件的隔热、防氧化涂层材料。它们通常是热导率小于2.0W/m·K的无机非金属氧化物材料。要求具有高熔点，低导热率，相对高的热膨胀系数(和金属基体的热膨胀系数能够配合)，高温物相组成和化学组成的稳定性好，以及相对较低的烧结活性等特点。

目前广泛使用的热障涂层主要是采用质量百分含量为6～8wt.％氧化钇(Y₂O₃)稳定氧化锆(ZrO₂)材料(以下简称YSZ)。但是，YSZ在高于1200℃以上温度下长时间循环使用过程中，涂层材料存在相变、晶粒长大、微气孔烧结收缩等现象，使得涂层的导热系数增大，涂层与金属或合金的结合界面热应力升高导致涂层剥落，导致高温热机使用寿命降低。

发明内容

本发明的目的是提出一种共晶结构热障涂层材料及其可用于热喷涂的粉粒制造方法，改变已有的热障涂层材料的配方和制备工艺，以提高涂层与金属或合金的附着力，延长使用寿命。

本发明提出的共晶结构热障涂层材料，其化学结构式为(Ln¹_1-xLn²_x)₂Zr₂O₇，其中0.2≤x≤0.8，Ln¹为La、Ce、Pr、Nd、Sm或Gd中的任何一种，Ln²为Dy、Ho、Yb、Y或Sc中的任何一种，Ln¹和Ln²为两种互相不同的元素。

上述共晶结构热障涂层材料的可用于热喷涂的粉粒制造方法，包括以下步骤：

(1)根据化学结构式(Ln¹_1-xLn²_x)₂Zr₂O₇，分别称重高纯氧化物Ln¹₂O₃和Ln²₂O₃的粉体和高纯氧化锆粉体；

(2)将上述称重的两种高纯氧化物粉体和高纯氧化锆粉体采用去离子水湿式球磨法混合，球磨机转速为350r/min，球磨时间为4～10小时，得到混合料；

(4)将上述混合料在120℃下烘干24小时，过200目筛，在20MPa压力下干压，保压1分钟，得到毛坯，再在200MPa压力下进行冷等静压，得到密实毛坯；

(5)将上述密实毛坯置于容器中，将容器置于高温炉中，在空气气氛下升温到1500℃～1650℃进行反应，反应时间5～20小时，随炉冷却，得到(Ln¹_1-xLn²_x)₂Zr₂O₇材料；

(6)将上述(Ln¹_1-xLn²_x)₂Zr₂O₇材料破碎磨细至小于1微米粒径，添加有机粘结剂、分散剂和水，添加的质量比为：(Ln¹_1-xLn²_x)₂Zr₂O₇材料:有机粘结剂:分散剂:水＝60:1～4:0.1～0.5:40，所述的有机粘结剂为聚乙烯醇、甲基纤维素或聚乙烯二醇，所述的分散剂为甘油或聚丙烯酸铵，球磨后经喷雾造粒获得粒径为30～60微米的球形颗粒，得到热障涂层材料粉粒。