[发明专利]构件表面具有自愈合能力的环境屏障涂层及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于涂层领域，具体涉及一种构件表面具有自愈合能力的环境屏障涂层及制备方法。

背景技术

连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(CMC-SiC，包括SiC_f/SiC和C_f/SiC)拥有高比强度、高比模量、抗氧化和低密度等特点，现已成为航空发动机热端部件上理想的候选材料。在干燥空气环境中，CMC-SiC表面会形成一层SiO₂保护膜，使其在干燥空气环境中具有较好的抗氧化性能。然而，发动机燃气环境中的水蒸气、氧以及熔盐杂质(如：Na₂SO₄等)等腐蚀性介质会对SiO₂保护膜造成侵蚀，使SiO₂保护膜丧失对内部CMC-SiC的保护作用，从而导致CMC-SiC的使用性能急剧下降。CMC-SiC在燃气环境中所面临的腐蚀问题严重制约了其在航空发动机热端部件的应用。目前，较为有效的办法是在CMC-SiC部件上制备环境屏障涂层(Environmental Barrier Coatings,EBCs)，使CMC-SiC部件能够在燃气环境中长期服役，并满足航空发动机部件安全性要求。

目前，EBC的制备方法包括：等离子喷涂法、电子束物理气象沉积法、化学气相沉积、溶胶-凝胶法、浆料浸渍法以及反应烧结法等。这些方法制备的EBC都不可避免地会产生微裂纹。在服役过程中，EBC中的微裂纹会发生扩展，导致涂层产生贯穿性裂纹以及横向裂纹。此时，燃气环境中所存在的水蒸汽、氧以及熔盐杂质等腐蚀性介质会通过这些裂纹迅速扩散至CMC-SiC内部，对CMC-SiC部件造成腐蚀，使EBC丧失了保护CMC-SiC的作用。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种构件表面具有自愈合能力的环境屏障涂层及制备方法，该涂层能在服役过程中通过愈合填封相的产生以及体积膨胀效应使涂层中的裂纹发生愈合，从而有效提高涂层的耐久性。

技术方案

一种构件表面具有自愈合能力的环境屏障涂层，其特征在于包括构件表面的硅或碳化硅粘结层，粘结层上的具有自愈合能力的环境屏障涂层；所述硅或碳化硅粘结层的厚度为10～30μm；所述具有自愈合能力的环境屏障涂层的厚度为50～100μm。

所述具有自愈合能力的环境屏障涂层采用一种或几种EBC材料与硅化物的混合物；加入硅化物后硅化物体积占涂层总体积的比例为5％至30％。

所述EBC材料为钡锶铝硅、稀土硅酸盐或锆酸盐。

所述硅化物为硅钛，硅铬，硅钼、硅钽、硅锆、硅铝或钛硅碳。

一种制备构件表面具有自愈合能力的环境屏障涂层的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：采用化学气相沉积CVD方法，在构件表面制备厚度为10～30μm碳化硅粘结层，或采用反应熔体渗透RMI法在构建表面制备厚度为10～30μm硅的粘结层；

步骤2：将一种或几种EBC材料与硅化物机械混合球磨，球磨后混合粉体粒度保持在1到10μm之间；加入硅化物后硅化物体积占涂层总体积的比例为5％至30％；

步骤3：在步骤1制备的粘结层上，将步骤2的混合粉体采用涂刷法、浸渍提拉法或等离子喷涂法制备厚度为50～100μm的具有自愈合能力的环境屏障涂层。

所述涂刷法或浸渍提拉法：先将球磨后的混合粉体制备成浆料，后进行烧结，反复直至覆在粘结层上涂层的厚度为50～100μm；，烧结时要将升温降温速度控制在小于1℃/分钟，烧结温度在1400℃至1470℃，烧结保温时间控制在2到4个小时之间。

所述等离子喷涂法为：将球磨后的混合粉体进行喷雾造粒处理，造粒前必须向混合粉体内加入质量分数为3％-5％的粘结剂，喷涂时将等离子喷涂机的工作气体流量控制在2000到3000qv/L·h^-1,载气的流速在200至300qv/L·h^-1之间，送粉量在20到60qm/g·min^-1之间。

有益效果