[发明专利]SrZrO3纳米陶瓷热障涂层及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种陶瓷热障涂层及其制备方法，特别是涉及一种SrZrO₃纳米陶瓷热障涂层及其制备方法。

背景技术：

陶瓷热障涂层(Thermal Barrier Coatings,TBCs)是目前最先进的高温防护涂层之一，具有良好的高温化学稳定性、抗冲刷性和隔热性等特点，可以有效地缓解金属基体材料的高温氧化和腐蚀，并能降低金属基体表面的工作温度，不仅可以提高航空涡轮发动机或地面燃机经济性，而且可极大的延长其使用寿命，自20世纪70年代初问世以来受到广泛重视并得到迅速发展。

目前，使用最广泛的陶瓷热障涂层材料是氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ，ZrO₂-6-8wt.％Y₂O₃)。由于YSZ的长期使用温度不能超过1200℃，随着温度升高，相变加剧，易烧结，氧传导率高，过渡层金属易被氧化，导致涂层早期失效，已难以满足进一步提高涡轮进口温度的需要。而随着先进燃气轮机向高流量、高推重比发展，热障涂层表面工作温度越来越高，可能高达1400℃，因此有必要寻找能耐更高使用温度的陶瓷热障涂层材料。具有钙钛矿结构的SrZrO₃具有高熔点、高热膨胀系数及抗烧结的特点，因此是一种优良的高温热障涂层候选材料(W.Ma,D.Mack,R.Vassen et al.,Perovskite-type strontium zirconate as a new material for thermal barrier coatings,J.Am.Ceram.Soc.,91[8](2008),pp.2630-2635)。然而，采用大气等离子喷涂制备的SrZrO₃陶瓷涂层包含SrZrO₃和ZrO₂两相，在热循环过程中ZrO₂发生相变，导致涂层体系早期失效。此外，SrZrO₃的热导率相对较高、韧性较差。因此，有必要制备具有纳米结构的SrZrO₃陶瓷涂层，进一步降低其热导率并提高其韧性。

传统的等离子喷涂法制备纳米涂层结构热障涂层的工艺流程为：采用液相法或高能球磨固相合成纳米粉体原料，将合成的原料通过造粒工艺获得具有较好流动性且适合等离子喷涂的微米级颗粒，将获得的微米级颗粒煅烧致密化，使用煅烧致密化的粉末进行等离子喷涂制备纳米结构热障涂层。该方法工艺复杂、成本高、原料损耗大，而且在粉末制备过程中不可避免的出现纳米粉体的晶粒长大，使得涂层的晶粒尺寸超出纳米结构范围。因此，即使原始粉末是纳米粉末，制备得到的涂层很可能超出纳米结构，导致涂层的热物理性能和力学性能下降。

发明内容：

本发明针对大气等离子喷涂SrZrO₃陶瓷涂层的不足以及常规纳米涂层制备技术存在的不足而设计提供了一种SrZrO₃纳米陶瓷热障涂层的制备方法，该方法具有工艺流程少、制备低成本、适合工业化生产等优点。

本发明的另一个目的是制备出具有纳米结构、高相稳定性、低热导率、高韧性的单相SrZrO₃纳米陶瓷热障涂层。

本发明的第一个目的由如下技术方案实施，SrZrO₃纳米陶瓷热障涂层的制备方法，其包括如下步骤：(1)配制锶盐溶液，(2)配制锆盐溶液，(3)配制喷涂水溶液，(4)将喷涂水溶液雾化喷涂；其中，

(1)配制锶盐溶液：用可溶性锶盐配制锶盐水溶液；

(2)配制锆盐溶液：用可溶性锆盐配制锆盐水溶液；

(3)配制喷涂水溶液：将配制好的所述锶盐溶液和所述锆盐溶液混合，搅拌6～24h，配制成喷涂水溶液；

(4)将喷涂水溶液雾化喷涂：所述喷涂水溶液通过所述雾化喷嘴雾化成雾状小液滴送入由等离子喷枪产生的高温等离子焰流，所述雾状小液滴经蒸发、反应、熔化、凝固后沉积获得单相SrZrO₃(锆酸锶)纳米陶瓷热障涂层。

具体的，所述可溶性锶盐为Sr(CH₃COO)₂(乙酸锶)、Sr(NO₃)₂(硝酸锶)或SrBr₂(溴化锶)中的任意一种。