[发明专利]双层热障/高温低红外发射率一体化涂层、带涂层的金属复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双层热障/高温低红外发射率一体化涂层，所述涂层为多层叠加结构，所述多层叠加结构由内至外依次包括金属黏结层、热障陶瓷内层、热障陶瓷外层以及低红外发射率层，所述热障陶瓷内层为La₂Zr₂O₇‑8YSZ混合物层，其中，La₂Zr₂O₇粉末占混合物的质量分数不超过45％，所述热障陶瓷外层为稀土锆酸盐层，所述低红外发射率层为含有导电相AuPt合金粉的Bi₂O₃‑Al₂O₃‑ZrO₂‑CaO‑SiO₂系玻璃涂层。本发明还提供一种带涂层的金属复合材料及其制备方法。本发明的一体化涂层具有隔热性能、高温低红外发射率、抗热震性能优异等特点。

技术领域

本发明属于功能涂层及复合材料领域，尤其涉及一种复合涂层、金属复合材料及其制备方法。

背景技术

随着航空发动机推重比的不断提升，高温金属合金需要能够在更高温度环境下使用。相比于通过金属合金成分优化来提高其耐温性，采用热喷涂工艺在金属合金基底表面制备热障涂层(Thermal Barrier Coatings，TBCs)来提高其耐温性是最快速、有效的手段之一。经典热障涂层通常包括高温金属合金基底、金属黏结层和陶瓷表层三部分。在高温燃气环境下，通过陶瓷表层将高温金属合金基底与高温火焰隔开，利用陶瓷涂层的低热导率特性为高温金属合金基底提供隔热功能，从而有效降低了金属合金基底的表面温度，并延缓金属的高温燃气热氧化腐蚀。

红外隐身技术是采用冷却、降温或降低发射率等手段来降低目标表面温度与发射率，从而改变目标表面的红外辐射特征。当表面温度为1200℃时，典型400μm厚的单层结构热障涂层可使金属基底温度下降约230℃。利用热障涂层优异的高温隔热性能可以有效降低飞行器金属合金无涂层的外壁面(如尾喷管外壁)工作温度，从而降低其红外辐射强度，但热障涂层材料本身的高温红外发射率比较高(＞0.4)，因此有涂层表面的高温红外发射率仍然较高，亟需解决内壁面涂层表面红外发射率偏高问题。此外，由于高温金属合金材料(～17×10^-6/K)与热障陶瓷涂层材料(8～11.5×10^-6/K)之间的热膨胀系数差别太大，传统的单层结构热障涂层抗冷热冲击性能是直接影响涂层高温服役寿命的重要因素之一。热喷涂过程中陶瓷层中累积的残余应力、热循环过程中金属基底与陶瓷材料之间热膨胀不匹配产生的热应力、金属黏结层界面处热生长氧化物(Thermally Grown Oxide，TGO)形成的生长应力、以及陶瓷表层材料长时高温烧结引起的收缩应力等均为涂层失效的影响因素。当涂层中应力累积到一定程度时就容易引起涂层出现裂纹、分层以及脱落，从而直接影响到涂层的服役寿命与高温功能稳定性。

因此，具有如何提供一种具有优异抗热震性能与高温红外隐身性能的复合涂层是本领域科研人员需要攻克的技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种具有隔热性能、高温低红外发射率、抗热震性能优异的双层热障/高温低红外发射率一体化涂层、带涂层的金属复合材料及其制备方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：