[发明专利]一种热障涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明属于热障涂层材料技术领域，具体涉及一种热障涂层及其制备方法和应用。所述热障涂层包括YSZ基底层和YSZ表层，其中，所述YSZ基底层中Ysubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;含量为6～8wt.％，Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;含量为5～10wt.％；所述YSZ表层中Ysubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;含量为10‑12wt.％，Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;含量为5～10wt.％。本发明通过在YSZ基底层和YSZ表层中对弥散相Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;和稳定剂Ysubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;的含量进行限定，能够提高YSZ基底层和YSZ表层的杨氏模量、抗弯强度和断裂韧性；同时，在YSZ表层适当提高结构，提高ZrOsubgt;2/subgt;的相稳定性。本发明的热障涂层生产工艺简单、效率高、性能优异且稳定，适合规模化应用于航空发动机、船用燃气轮机、发电用燃气轮机的燃烧室火焰筒、过渡段以及涡轮或透平叶片、护环等高温部件。

技术领域

本发明属于热障涂层材料技术领域，具体涉及一种热障涂层及其制备方法和应用。

背景技术

热障涂层(Thermal Barrier Coatings，简称TBCs)是一种由金属粘结层(通常由镍基合金组成，如NiAl、NiCrAlY、NiCoCrAlY等)和隔热陶瓷层(通常为低热导率高热膨胀系数的陶瓷组成，如氧化锆、氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)、锆酸盐等)组成的涂层系统。

热障涂层由于其优异的隔热作用可以大大降低合金基体的表面温度，被广泛地应用于航空发动机、燃气轮机等热端部件表面。目前，应用最为广泛的热障涂层材料为8YSZ(6％～8％Y₂O₃部分稳定ZrO₂)作为陶瓷层和MCrAlY(M＝Ni或Co或Ni+Co)作为粘结层。但是，热障涂层在服役过程中会承受机械载荷、热应力、烧结、热震和冲蚀等作用，导致其不可避免地发生开裂失效，因此解决热障涂层失效问题成为当前热障涂层领域的研究重点。

为解决上述技术问题，现有技术中有通过设置过渡层使陶瓷层之间的组成呈连续性变化避免失效脱落的，还有对陶瓷层的膨胀系数进行调整避免失效脱落的，但是，上述方法都无法有效提高热障涂层的弹性模量、断裂韧性，而研究表明，热障涂层剥落失效涉及因素众多，其中许多因素都与涂层的弹性模量有很大关系，并且断裂韧性可定量表征涂层抑制裂纹扩展的能力。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中都无法有效提高热障涂层的弹性模量、断裂韧性等缺陷，从而提供一种热障涂层及其制备方法和应用。

为此，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种热障涂层，包括YSZ基底层和YSZ表层，

其中，所述YSZ基底层中Y₂O₃含量为6～8wt.％，Al₂O₃含量为5～10wt.％；所述YSZ表层中Y₂O₃含量为10-12wt.％，Al₂O₃含量为5～10wt.％；

所述YSZ基底层和YSZ表层通过放电等离子烧结法制备。

可选的，所述YSZ基底层和YSZ表层的总厚度为200-700μm。

可选的，所述YSZ表层的厚度为100-150μm。

可选的，所述热障涂层通过粘结层设置于基体合金表面。

可选的，所述粘结层的厚度为150-350μm。

所述粘结层的组成同本领域的常规粘结层，典型非限定性的，所述粘结层为MCrAlY，其中，M为Ni或Co或Ni+Co。