[发明专利]高韧性长寿命氧化物陶瓷隔热涂层

说明书

本发明涉及金属表面的涂覆处理工艺，特别提供了一种高韧性长寿命氧化物陶瓷隔热涂层。

应用隔热涂层降低金属构件的使用温度的技术已有十余年的历史。早期的工作结果表明，在发动机热端部件上施加一层ZrO₂涂层，可提高部件的使用温度，但是由于ZrO₂与金属的热膨胀系数不匹配，以及ZrO₂随温度变化而发生相变导至体积改变，使涂层容易开裂。后来，人们对其进行改进先以CaOMgO，后以Y₂O₃做为稳定剂，使ZrO₂不发生或很少发生相交，这样使涂层的使用寿命得到提高。但是，由于ZrO₂的热膨胀系数仍较低(相对金属而言)，特别是在较高的温度下，二者的热膨胀系数差距较大。因而涂层的寿命(至开裂剥落时间)不能满足实际使用要求。另外由于ZrO₂+Y₂O₃在高温下对氧离子的扩散阻力很小(是氧离子的快离子导体)，因而氧离子易透过表面陶瓷层而达到金属表面，金属表面氧化形成的氧化物使ZrO₂层被凸起乃至剥落。

本发明的目的在于提供一种寿命更长且高温下对氧离子的扩散阻力较大的陶瓷隔热涂层。

本发明提供了一种高韧性长寿命氧化物陶瓷隔热涂层，其特征在于：该涂层系在原有ZrO₂Y₂O₃隔热涂层的基础上，再涂0.1～0.25mm厚的Si、Al、Sr等的氧化物作改性剂，通过高能量激光束表面重熔得到的，其中的改性剂成份为：(重量百分比)：

SiO₂    Al₂O₃  SrO

10～50    10～50    10～50激光功率温度1～10KW/mm²。

涂覆层中还可添加2～10％的ZnO，本发明具有下述优点：  

(1)涂层表面的高温塑性好，主要是由于改性剂的作用提高了高温塑性，使得热膨胀系数不匹配产生的热应力得以降低或消除；

(2)涂层表面致密性提高显著，由于激光重熔的密实作用，使得涂层表面结构致密消除了涂层空隙，由于表面快速熔化-凝固而形成非晶态组织，使得氧离子的沿晶界扩散或体扩散受到阻碍，降低了金属表面氧化速率；

(3)涂层表面光滑，对热辐射的反射作用较大，提高了涂层的隔热效果；

(4)使用寿命得到显著提高。

由于使用寿命得到显著提高，对飞机的飞行寿命及飞行安全可靠性都得到充分保证。同时，也降低了发动机大修次数，提高了叶片等高温关键部件的使用寿命(据统计，飞行事故中的25％以上是由于发动机故障所造成的)，其经济效益和社会效益显著。

下面通过实施例详述本发明：

实施例1：

(1)镍基高温合金表面除油、除污和粗化；

(2)等离子喷涂NiCrAlYTa合金涂层0.15mm；

(3)等离子喷涂ZrO₂+(6～8％)Y₂O₃陶瓷涂层0.25mm；

(4)陶瓷涂层表面浸涂0.1mm厚增韧改性剂(40％SiO₂+30％Al₂O₃+30％SrO)烘干；

(5)激光表面熔融处理(功率密度4KW/mm²)；

(6)1000℃冷热循环考核，结果如表1：