[发明专利]一种弥散贵金属微粒增韧复合热障涂层及制备方法

说明书

技术领域

本发明的一种弥散贵金属微粒增韧复合热障涂层及制备方法属于复合材料领域，涉及复合材料与涂层技术，用于提高高温合金和难熔合金的使用温度，提高热障涂层的断裂韧性，提高热障涂层与基体合金的结合力，提高抗高温氧化性能，避免基体合金力学性能的降低，延长热端部件的使用寿命。

背景技术

热障涂层( Thermal barrier coatings ,简称TBCs) 是利用陶瓷材料的耐高温、抗腐蚀和低导热性能，提高金属热端部件的工作温度，增强热端部件的抗高温氧化能力，延长热端部件的使用寿命，提高热机效率的一种表面技术。热障涂层与高温结构材料、高效气冷技术被称为先进航空发动机叶片的三大关键技术。热障涂层还可以用于舰船发动机、地面燃气涡轮、火箭发动机等。

目前，在工业上获得广泛应用的热障涂层体系由基体合金、MCrAlY或Pt改性铝化物粘结层、热生长的氧化物(TGO)和氧化钇稳定氧化锆(YSZ)隔热陶瓷层四部分组成，如图1所示。大量的研究表明，这种热障涂层的失效主要是由各层热膨胀系数的差异导致的热应力不匹配所造成，其中粘结层的热膨胀系数为14×10^-6 K^-1、氧化铝TGO层的热膨胀系数为8.8×10^-6 K^-1，YSZ热障陶瓷层的热膨胀系数为12×10^-6 K^-1，导致热障涂层在TGO处发生开裂与剥落（Nitin P. Padture, Maurice Gell, Eric H. Jordan, Thermal Barrier Coatings for Gas-Turbine Engine Applications, Science, (2002), 296:280-284：T.S.Hille, S.Turteltaub, A.S.J.Suiker, Oxide growth and damage evolution in thermal barrier coatings, Engineering Fracture Mechanics, (2011), 78:2139–2152.）。而且，YSZ热障层的工作温度不能超过1200℃, 高于此温度发生 相变将导致YSZ体积膨胀; 同时由于烧结, 引起涂层致密化, 将导致涂层的容应变能力下降而热应力增大, 加速涂层剥落失效（郭洪波、宫声凯、徐惠彬, 先进航空发动机热障涂层技术研究进展, 中国材料进展,2009,28(9-10):18-26.）。另外，由于合金粘结层与合金基体之间存在互扩散，不仅使粘结层中Al含量下降，影响到TGO中氧化铝的生成，还会改变合金基体的成分与相结构，使其力学性能显著下降。特别是粘结层与单晶合金发生互扩散时，可在单晶合金中析出有害的TCP相和二次反应区(SRZ)，导致单晶合金的高温疲劳寿命大幅度下降（郭洪波、宫声凯、徐惠彬, 先进航空发动机热障涂层技术研究进展, 中国材料进展,2009,28(9-10):18-26.）。因此，上述传统结构的热障涂层不能满足热端部件对更高的工作温度、长寿命、高可靠性的需求。