[发明专利]具有结构梯度的热障涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有结构梯度的热障涂层及其制备方法。该热障涂层从下至上依次设置的基体、粘结层和陶瓷面层，其中，该陶瓷面层的微观结构呈梯度变化，由从下至上依次设置准柱状结构陶瓷底层、层状和柱状混合结构陶瓷过渡层和致密层状结构陶瓷顶层。通过超低压等离子多相沉积方法可实现该热障涂层的一次性连续制备。制备的热障涂层具有高隔热、长寿命、更强抗腐蚀和抗冲刷等性能优点。

技术领域

本发明涉及一种用超低压等离子物理多相沉积方法制备热障涂层技术，尤其涉及一种具有结构梯度的热障涂层及其制备方法。

背景技术

热障涂层(Thermal barrier coatings,TBCs)技术通常是将耐高温、低热导、抗腐蚀的陶瓷材料以涂层方式与金属基体相复合，以降低高温环境下金属表面温度的一种热防护技术。目前，热障涂层技术已经与高温结构材料技术、高效气膜冷却技术并列成为航空发动机高压涡轮叶片的三大关键技术。

目前典型的热障涂层主要由两层构成：中间为金属粘结过渡层(Bond Coat,BC)，起抗氧化作用，常用材料为MCrAlY(M:Ni,Co或Ni+Co)；外层为起隔热作用的陶瓷面层，目前最常用的材料为氧化钇稳定氧化锆(Yttria stabilized zirconia，YSZ)，但难于在高于1200℃温度下长期使用。一些学者研究开发了可用于更高使用温度的热障涂层陶瓷材料，如具有烧绿石结构的Gd，Eu，Sm，Nd和La的锆酸盐，具有萤石结构的La₂Ce₂O₇等。目前热障涂层中的陶瓷面层主要由等离子喷涂技术/电子束物理气相沉积技术制备形成。两种方法各有利弊。等离子喷涂技术主要是利用熔化或者半熔化的液滴堆积形成层状结构涂层，该层状结构涂层热导率较低，可满足其隔热的功能要求，但涂层结合强度一般，抗热循环寿命较差。电子束物理气相沉积技术则是在真空环境下，利用高能量密度的电子束加热靶材，使其蒸发沉积形成涂层，可获得特定的柱状晶结构，涂层具有更高的应变容限，相比等离子喷涂热障涂层，其抗热冲击寿命明显提高，但这种结构涂层热导率偏高。

近年来新兴起的超低压等离子物理多相沉积技术兼具等离子喷涂和电子束物理气相沉积的优点，可以实现固相、液相和气相的多相沉积，制备出层状、准柱状或混合结构涂层，尤其是准柱状结构涂层表现出很好的抗热冲击性能。但是该结构柱状晶粗大，柱状晶间隙及缺陷也较多，从而使得其抗热腐蚀性能以及抗冲刷性能没有较大提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种高隔热、长寿命、更强抗腐蚀和抗冲刷的具有结构梯度的热障涂层及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的具有结构梯度的多层热障涂层，包括从下至上依次设置的基体、粘结层和陶瓷面层，所述陶瓷面层的微观结构呈梯度变化，由从下至上依次设置准柱状结构陶瓷底层、层状和柱状混合结构陶瓷过渡层和致密层状结构陶瓷顶层。

本发明的上述的具有结构梯度的多层热障涂层的制备方法，包括以下步骤：

第一步准备高温合金基体，基体经过喷砂预处理；

第二步在所述的基体上制备粘结层；

第三步在所述的粘结层上沉积结构梯度陶瓷面层；

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的具有结构梯度的热障涂层及其制备方法，由于该陶瓷面层的微观结构呈梯度变化，由从下至上依次设置准柱状结构陶瓷底层、层状和柱状混合结构陶瓷过渡层和致密层状结构陶瓷顶层。通过超低压等离子多相沉积方法可实现该热障涂层的一次性连续制备。制备的热障涂层具有高隔热、长寿命、更强抗腐蚀和抗冲刷等性能优点。

附图说明

图1为本发明实施例制备的具有结构梯度的多层热障涂层的结构示意图。

具体实施方式