[发明专利]一种功能梯度热障涂层及其制备方法

权利要求书

1.一种功能梯度热障涂层，其特征在于，该梯度热障涂层(8)包括依次设置在基体(1)上的粘结层(9)和陶瓷层(10)。

2.根据权利要求1所述的一种功能梯度热障涂层，其特征在于，基体(1)为镍基高温合金。

3.根据权利要求1所述的一种功能梯度热障涂层，其特征在于，粘结层(9)为从100％NiCoCrAlY涂层逐渐过渡为100％6～8YSZ涂层。

4.根据权利要求1所述的一种功能梯度热障涂层，其特征在于，陶瓷层(10)为从100％6～8YSZ涂层过渡为100％的RMAl₁₁O₁₉涂层，其中R＝La～Gd；M＝Mg，Mn～Zn。

5.一种功能梯度热障涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)，对镍基高温合金基体表面进行净化和粗化处理；

步骤(2)，采用激光近净成型技术，在步骤(1)后处理后的高温合金基体表面沉积80～200μm的粘结层；

步骤(3)，采用激光近净成型技术，在步骤(2)的粘结层表面沉积200～400μm的陶瓷层。

6.根据权利要求5所述的一种功能梯度热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的净化处理是去除基体表面的氧化物、油渍以及其它污染物。

7.根据权利要求6所述的一种功能梯度热障涂层的制备方法，其特征在于，表面净化处理采用320～800目砂纸打磨去除表面氧化物，然后依次用丙酮和无水乙醇溶液超声波清洗基体表面油渍和其他污染物；

表面粗化处理采用刚玉砂加压湿喷砂粗化基体表面，然后依次用丙酮和无水乙醇溶液超声波清洗基体表面残留的刚玉砂，基体干燥后待用；

其中，刚玉砂采用80～360目，喷砂压力为在0.2～0.6MPa，喷砂后基体表面粗糙度Ra≥3μm。

8.根据权利要求5所述的一种功能梯度热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的粘结层涂层工艺流程为：首先对步骤(2)使用的NiCoCrAlY金属合金粉末和6～8YSZ陶瓷粉末进行干燥处理，然后将步骤(1)处理好的镍基高温合金基体固定在加工工作台，将干燥处理好的NiCoCrAlY金属合金粉末和6～8YSZ陶瓷粉末分别装入两个可控转速的单独粉末进料器，开始对粘结层涂层进行激光3D打印。

9.根据权利要求8所述的一种功能梯度热障涂层的制备方法，其特征在于，粘结层的激光3D打印具体方法为：使用高达2kW的聚焦掺钕钇铝石榴石激光器，激光功率调整为200～250W，激光束半径为0.83～2mm，激光扫描速度为10～50mm·s^-1，送粉速度为0～9g·min^-1；工艺操作全程在氩环境中进行，氩气流量为5～200/min；

对于粘结层，控制每层沉积层厚度为40～60μm；在第一层沉积时，NiCoCrAlY粉末进料器旋转速度调至5～9g·min^-1，6～8YSZ粉末进料器旋转速度为0g·min¹，使得第一层粘结层为100％NiCoCrAlY涂层，随着层数的增加，至第三层沉积时，NiCoCrAlY粉末进料器旋转速度逐渐降至0g·min^-1，6～8YSZ粉末进料器旋转速度调至5～9g·min^-1，使得第二层粘结层为80％NiCoCrAlY与20％6～8YSZ混合涂层，第三层粘结层为100％6～8YSZ涂层。

10.根据权利要求8所述的一种功能梯度热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的梯度陶瓷涂层工艺流程为：首先对RMAl₁₁O₁₉粉末进行干燥处理，然后使用高达2kW的聚焦掺钕钇铝石榴石激光器，激光功率调整为200～250W，激光束半径为0.5～2.5mm，激光扫描速度为10～50mm·s^-1，送粉速度为0～12g·min^-1；工艺操作全程在氩环境中进行，氩气流量为5～200/min；

对于梯度陶瓷涂层，控制第1～5层沉积层厚度为40～70μm，最后一层沉积层厚度为50～100μm；在第一层沉积时，调整6～8YSZ粉末进料器旋转速度为4～9g·min^-1，RMAl₁₁O₁₉粉末进料器旋转速度为0g·min¹，使得第一层陶瓷层为100％6～8YSZ涂层，随着层数的增加，至第六层沉积时，6～8YSZ粉末进料器旋转速度降至0g·min^-1，RMAl₁₁O₁₉粉末进料器旋转速度调至5～12g·min^-1，使得第二、三、四、五层陶瓷层为6～8YSZ和RMAl₁₁O₁₉混合涂层，其中6～8YSZ和RMAl₁₁O₁₉组分的质量百分含量比分别为1:4、2:3、3:2和4:1，第六层为100％RMAl₁₁O₁₉涂层。