[发明专利]一种钆钐锆氧热障涂层材料及涂层的制备方法

说明书

本发明属于航空发动机热障涂层技术领域，涉及一种钆钐锆氧热障涂层材料及涂层的制备方法，所述钆钐锆氧热障涂层材料化学分子式为(Gd_1‑xSm_x)₂Zr₂O₇，其中x＝0.10～0.90；本发明的热障涂层材料热膨胀系数与YSZ比较接近，且具有较低的热导率，同时利用电子束物理气相沉积技术制备钆钐锆氧热障涂层，将会使钆钐锆氧热障涂层具有独特的柱状晶结构，同时具有较好的寿命；本发明既能保证降低涂层的热导率，又能提高涂层的服役温度，还能改善涂层服役寿命不足，热膨胀系数低的实际问题。

技术领域

本发明属于航空发动机热障涂层技术领域，涉及一种钆钐锆氧热障涂层材料及涂层的制备方法。

背景技术

目前，随着燃气轮机的推力和工作效率的不断提高，燃气进气温度也越来越高，涡轮叶片和其它热端部件使用的镍基高温合金的工作温度已逐渐接近其使用温度极限。热障涂层(Thermal Barrier Coatings,TBCs)是利用陶瓷材料耐高温、耐冲刷、抗腐蚀和低热导性能，将其以涂层的形式与金属基体相复合的一种表面防护技术，以提高金属部件的工作温度，增强热端部件的抗高温能力，延长热端部件的使用寿命，提高发动机的工作效率。目前，广泛使用的YSZ(6～8wt.％Y₂O₃部分稳定化的ZrO₂)热障涂层材料的热导率高，超高温寿命较低。然而，下一代高性能航空发动机热障涂层材料需要更佳的隔热效果和服役寿命。因此，研究新型热障涂层材料已成为研制下一代高性能航空发动机的关键课题。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术的不足而设计提供了一种钆钐锆氧热障涂层材料及其制备方法，其目的稀土钐元素复合，解决了单一锆酸钆热障涂层服役寿命不足和YSZ热导率高的问题。

本发明的目的是通过以下技术措施来实现的：

一种钆钐锆氧热障涂层材料，其特征在于：所述钆钐锆氧热障涂层材料化学分子式为(Gd_1-xSm_x)₂Zr₂O₇，其中x＝0.10～0.90。

钆钐锆氧热障涂层材料涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，将原材料Gd₂O₃、Sm₂O₃、ZrO₂按照材料分子式比例混合，通过高温固相法合成钆钐锆氧靶材，合成温度1600-1800℃；

步骤二，采用真空电弧镀设备制备NiCoCrAlYHf作为热障涂层的金属底层，电压为600-650V，电流为10-20A；

步骤三，将钆钐锆氧靶材装入电子束物理气相沉积设备，通过电子束蒸发钆钐锆氧靶材，在NiCoCrAlYHf底层上制备钆钐锆氧热障涂层，电子束的束流强度1.0-1.5A。

所述步骤一原材料Gd₂O₃、Sm₂O₃、ZrO₂的纯度≥99.9％。

所述步骤一原材料混合应为机械球磨，时间≥12小时。

所述步骤一高温固相法合成时间≥18小时。

所述步骤二中真空电弧镀设备的真空度1×10^-2Pa。

所述步骤二中真空电弧镀设备的沉积时间≥100min。

所述步骤三中电子束物理气相沉积设备的真空度5×10^-2Pa。

所述步骤三中电子束物理气相沉积热障涂层蒸发时间≥30min。