[发明专利]一种抗氧化粘结层及其热障涂层的制备方法

说明书

本发明涉及一种抗氧化粘结层及其热障涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)对金属基体依次用丙酮、酒精进行超声清洗，然后用Al₂O₃颗粒进行冷喷砂处理，获得较高的表面粗糙度；(2)通过高速燃气火焰喷涂技术在喷砂后的基体上沉积金属粘结层；(3)通过热喷砂对金属粘结层表面进行处理，获得一定的表面粗糙度和厚度；(4)通过采用大气等离子喷涂技术在粘结层上沉积陶瓷层；(5)对制备出的热障涂层进行真空热处理。与现有技术相比，本发明通过高速燃气火焰喷涂技术，在高温合金基体上沉积NiCoCrAlYHf粘结层，制备的粘结层组织结构更均匀，具有更优良的抗氧化性，同时通过调控粘结层厚度和表面粗糙度，利用大气等离子喷涂技术在粘结层之上制备陶瓷层。

技术领域

本发明涉及热障涂层技术领域，具体涉及一种抗氧化粘结层及其热障涂层的制备方法。

背景技术

热障涂层作为一种先进材料体系，被广泛用在高温环境服役的高温合金基体表面，从而降低基体材料的表面温度。通常热障涂层是以耐高温、低热导的陶瓷层作为顶层，作用是形成沿垂直于涂层与基体界面方向的温度梯度，一方面减少表面到基体的传热，另一方面保护基体不受磨损和腐蚀。此外，在基体和陶瓷层界面处还有一层金属粘结层，以减少陶瓷层与基体间的热膨胀系数的不匹配，提高陶瓷层和基体的结合力。同时，利用粘结层在高温环境下易形成连续致密氧化层的特点，保护基体不受高温氧化破坏。粘结层是热障涂层的重要组成部分，它的性能直接影响热障涂层系统的寿命。研究表明NiCoCrAlYHf合金具有比传统粘结层MCoAlY(M＝Ni,Co或NiCo)更优异的高温抗氧化性，但大气等离子喷涂制备的涂层中组织结构不均匀，且存在内氧化、氧化层抗剥落能力差等缺点，影响涂层使用寿命。

发明内容

本发明的目的就是为了克服大气等离子喷涂过程中出现的局限，提供一种长寿命抗氧化粘结层及其热障涂层的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种长寿命抗氧化粘结层及其热障涂层的制备方法，该方法采用以下步骤：

(1)首先对金属基体依次用丙酮、酒精进行超声清洗，然后用Al₂O₃颗粒进行冷喷砂处理，获得较高的表面粗糙度；

(2)通过高速燃气火焰喷涂技术(High velocity air fuel,HVAF)在喷砂后的基体上沉积金属粘结层；

(3)通过热喷砂对金属粘结层表面进行处理，获得一定的表面粗糙度和厚度；

(4)通过采用大气等离子喷涂技术在粘结层上沉积陶瓷层；

(5)对制备出的热障涂层进行真空热处理。

本发明在金属粘结层上沉积陶瓷层，采用高速燃气火焰喷涂制备，陶瓷层采用大气等离子喷涂制备而成。长寿命抗氧化金属粘结层成分为NiCoCrAlYHf，Y和Hf的质量分数分别为0.05-0.1％和0.1-0.2％，陶瓷层为6～8wt％Y₂O₃稳定的ZrO₂，以及RE₂Zr₂O₇，RE为稀土元素Y和La的一种。

本发明利用高速燃气火焰喷涂技术，通过降低喷涂时火焰温度，减少粘结层中的内氧化，同时利用其比大气等离子喷涂更快的速度，使粉末熔滴撞击在基体上，制备出成分均匀、更致密、与基体结合更强的粘结层，将具有比传统热障涂层良好的抗氧化性、更高的工作温度及更长的使用寿命。

优选地，步骤(1)中冷喷砂处理时，喷砂压力为0.5～0.8MPa，喷砂颗粒成分为Al₂O₃，颗粒粒径为60～100目，表面粗糙度Ra为10～20μm。