[发明专利]一种双陶瓷层叠加新结构热障涂层及其制备方法

说明书

本发明提供一种双陶瓷层叠加新结构热障涂层及其制备方法，该热障涂层是由MCrAlY(M＝Ni、Co、NiCo)粘结层，和由YSZ与新型陶瓷材料La₂Zr₂O₇、La₂Ce₂O₇、La₂(Zr_0.7Ce_0.3)₂O₇或LaMgAl₁₁O₁₉等组成的双陶瓷层基元叠加而成的陶瓷面层组成；本发明的制备方法采用大气等离子喷涂技术制备热障涂层，通过3个送粉器送粉并且由计算机编程控制，制备工艺简单。本发明的双陶瓷层叠加新结构热障涂层特点是，与双陶瓷层结构相比，叠加结构从仿生学角度有利于提高涂层的断裂韧性；另外，叠加结构由于陶瓷层界面数量增加，不仅界面残余热应力减小而且分布更均匀，有利于提高涂层的热循环寿命。双陶瓷层叠加结构在抗高温火焰冲涮、烧蚀和隔热方面，具有显著优势，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于表面热防护领域，具体涉及一种双陶瓷层叠加新结构热障涂层及其制备方法。

背景技术

热障涂层(Thermal Barrier Coatings,TBC)通常由金属粘结层和陶瓷面层组成，利用粘结层的抗氧化、抗腐蚀和陶瓷面层的抗高温、低热导率对热端构件表面进行热防护，从而提高服役温度和寿命。TBC对航空、航天、武器装备等动力热端构件表面热防护具有广泛的应用前景。传统TBC由MCrAlY(M＝Ni、Co、NiCo)粘结层和YSZ(Y₂O₃部分稳定的ZrO₂)陶瓷面层组成。1200℃以上YSZ会发生相变、烧结和透氧，导致TBC容易脱落。随着高推重比发动机和超音速武器的发展，MCrAlY(M＝Ni、Co、NiCo)/YSZ TBC难以满足现代武器日益发展的热防护需求。

目前国际上报道的新型耐高温(≥1250℃)、低热导率TBC陶瓷层材料主要有La₂Zr₂O₇、La₂Ce₂O₇、La₂(Zr_0.7Ce_0.3)₂O₇和LaMgAl₁₁O₁₉等。然而，新型陶瓷层材料与MCrAlY粘结层的相容性往往不如YSZ，导致新材料的优势难以发挥。将新材料和YSZ组成双陶瓷层结构TBC，是发挥新材料优势的一种有效途径。文献报道[SurfaceCoatings Technology,2010,204:3366-3370]，采用大气等离子喷涂(Atmospheric plasma spraying,APS)制备的YSZ/La₂Ce₂O₇双陶瓷层结构TBC，其1250℃的热循环寿命均高于La₂Ce₂O₇、YSZ单陶瓷层结构。CN102127738专利公开了一种多层热障涂层及其制备方法，该多层热障涂层实际上是由YSZ与La₂Zr₂O₇等新材料组成的双陶瓷层结构，差别仅是在双陶瓷层表面设置了一薄层Al₂O₃封闭层以提高涂层的抗熔盐腐蚀，双陶瓷层结构热冲击寿命相比单陶瓷层明显提高。尽管双陶瓷层结构在一定程度上提高了热障涂层的服役温度和寿命，但是在热载冲击下，由于不同材料的热膨胀差异，双陶瓷层的界面容易发生残余热应力集中的现象，导致TBC仍然容易脱落，其高温热循环寿命等性能仍有待进一步提高。

发明内容