[发明专利]一种航空发动机用高强辐射涂层

说明书

技术领域

本发明涉及一种涂层，特别是涉及一种航空发动机用高强辐射涂层。

背景技术

现代航空发动机设计将集中于减少燃料消耗和增强推重比，同时提高可靠性和寿命。满足这一需求面临结构设计和新材料的挑战，其中表面涂层技术对突破这些瓶颈有重要作用。涂层通常指涂敷于零件表面的一层特殊材料，对提高材料性能、延长零件工作性能的作用十分显著，是航空发动机制造必不可少的技术手段。现代航空发动机有75％以上的零件都涂敷各种涂层以改进性能和可靠性。

申请号为201010500871.1的中国专利中公开了一种形成具有耐高温隔辐射传热与透微波兼容的无机图层制备方法，用正硅酸己酯、乙醇、去离子水和盐酸制溶胶；用正硅酸己酯、异丙醇、去离子水、氨水合成直径在0.3～3μm的氧化硅微球，然后在氧化硅微球生长30～500nm厚高折射率的氧化钛壳层，获得核壳结构填料。以制备的核壳结构颗粒作为填料分散到溶胶中，经热处理后可获得致密均匀的无机涂层。

申请号为201110329537.9的中国专利中公开了一种多用途的低导热陶瓷/贵金属层状复合热障涂层，本发明通过交替沉积低导热陶瓷层和贵金属层形成的层状复合结构使热障涂层具有优异的隔热性能和抗热冲击性能，涂层结构稳定，服役寿命长，可用于航空发动机、舰船发动机、地面燃气涡轮、火箭发动机等高温合金，或难熔合金热端部件的高温防护。

申请号为201120324889.0的中国专利中公开了一种隔热结构，包括：至少一层涂覆红外辐射反射涂层的超细纤维状网或者纺织面料构成的纤维状网以及一层粗纤维，所述较粗纤维层的纤维体积分数小于1％，纤维直径约为20～35μm。本实用新型提供的隔热材料的强度相对较高，且在阻挡热辐射的同时不妨碍湿汽传递，提高了隔热性能，而隔热结构的重量也相对较轻，适用于防寒服装、睡袋、建筑物隔热系统、电动汽车隔热系统和航空隔热系统。

然而上述专利中所提到的航空发动机用热障涂层均由于材料和结构的原因，在力学性能和抗高温腐蚀性能、耐温性、剥离强度以及隔热效果上都存在一系列有待解决的问题。因此，探索一种耐超高温、耐腐蚀、热辐射率高又具备超高结构强度的航空发动机用热障涂层成为现今的一个研究热点。

发明内容

本发明旨在克服现有热障涂层制备技术的不足，提供了一种航空发动机用高强辐射涂层。该发明热变形小、耐蚀、耐磨、高强、热辐射率高，可有效降低发动机温度，提高发动机效率，延长发动机使用寿命。

针对上述问题，本发明提供一种航空发动机用高强辐射涂层的技术方案：

一种航空发动机用高强辐射涂层，其特征在于由底层材料和面层材料组成。

所述的底层材料为添加铼元素改性的NiCoCrAlY、NiCrAl、MCrAlY中的一种或多种，铼具有高熔点、高强度、良好的塑性、耐磨耐蚀性和优异的机械稳定性，在高温和急冷急热条件下均有很好的抗蠕变性能，不会被热氧气腐蚀，所以经掺铼改性后的底层材料具备了更加高强的结构强度和粘着力，从而使得剥离强度大大提高，同时其较高的热辐射率使得底层材料同样具备了优异的辐射隔热功能。

所述的面层材料主体为CeO₂和Y₂O₃稳定的ZrO₂、HfC/SiC，同时添加La₂Zr₂O₇、La₂Ce₂O₇、Ni/Al₂O₃、Ni/ZrO₂中的一种或多种，使得面层材料具有极好的抗高温、抗热震、耐冲蚀以及高辐射隔热性能。

所述的底层材料厚度为10～100μm，所述的面层材料厚度为0.1～5mm。

所述的航空发动机用高强辐射涂层的底层材料采用等离子喷涂法沉积，面层材料采用等离子喷涂、气相沉积以及溶胶-凝胶沉积、磁控溅射沉积等方法多次沉积，形成3～8层彼此交替的微叠层结构，从而获得致密的晶体涂层，成分及形貌在表面上也可形成梯度变化，依靠耐高温金属间化合物提供高强度和蠕变抗力，利用高温金属作韧化元素，从而很好地克服了金属间化合物的脆性，同时能够大大降低涂层的导热系数。

所述的航空发动机用高强辐射涂层可以用于1000～2400℃温度范围内的高温合金或难熔合金的高温防护。