[发明专利]阴极等离子电解沉积大面积弥散贵金属微粒热障涂层

说明书

技术领域

本发明的阴极等离子电解沉积大面积弥散贵金属微粒热障涂层的方法涉及材料的涂层技术，能在大面积的高温合金表面沉积各种弥散贵金属微粒的热障涂层。本发明制备的弥散Pt微粒的热障涂层相对等离子喷涂、电子束物理气相沉积等方法具有设备简单，便于操作，可以获得特殊的涂层结构，具有优异的热障性能、抗高温氧化性能、抗开裂、抗剥落和抗热冲击性能，使用温度范围宽，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。

背景技术

热障涂层(Thermal barrier coatings,简称TBCs)是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(徐惠彬,宫声凯,刘福顺.航空发动机热障涂层材料体系的研究,航空学报,(2000),21(1):7-12.)。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。

为了获得性能优异的热障涂层，人们一直在探索制备各种新型结构的热障涂层及其新的制备方法。文献(何业东、马晓旭、张津、邓舜杰、王德仁、李洪，一种弥散贵金属微粒增韧复合热障涂层及制备方法，ZL201210207753.0，申请日：2012年6月25日，2014年1月15日授权。)采用复合溶胶-凝胶热压滤烧结技术，或复合溶胶-凝胶加压微波烧结技术，或等离子喷涂技术制备弥散贵金属微粒增韧复合热障涂层。弥散贵金属微粒通过塑性变形吸收能量，使裂纹尖端钝化，降低为裂纹的长度等可增韧隔热陶瓷，因而弥散贵金属微粒增韧复合热障涂层具有优异的抗开裂、抗剥落、长寿命等特性。本发明采用阴极等离子电解大面积沉积弥散贵金属微粒热障涂层。等离子体电解是在特定的电解液中，当电压增加到某一程度时，在阳极表面或阴极表面发生微弧放电，产生等离子体，成为一种有等离子体参与的电解过程。2001年出现了采用阴极等离子电解制备热障涂层的文献(何业东、杨晓战、王德仁，中国发明专利：一种制备氧化物陶瓷涂层的阴极微弧电沉积方法，ZL01118541.4，申请日期：2001年5月31日，2004年2月11日授权；Xiaozhan Yang,Yedong He,Deren Wang,Wei Gao，Cathodic Micro-Arc Electrodeposition of Thick Ceramic Coatings，Electrochemical and Solid-State Letters,5(3)(2002)C33-C34.)，采用在合金表面预沉积一层ZrO₂-8％Y₂O₃薄膜，作为阴极施加一定的电压产生等离子微弧放电，沉积出厚的ZrO₂-8％Y₂O₃热障涂层。阴极等离子沉积涂层可以在各种金属材料表面沉积涂层，避免了阳极等离子电解氧化(即微弧氧化)只能在阀金属上沉积涂层的局限性，因而受到广泛的重视。采用阴极等离子沉积涂层的研究逐渐增多。文献(周帅、何业东，王德仁，杨竞，阴极等离子电解沉积Al₂O₃-YAG复合涂层及其抗高温氧化性能，材料热处理学报，Vol.34,No.12,(2013)171-175.)采用阴极等离子电解沉积Al₂O₃-YAG复合涂层。文献(Elnaz Bahadori,Sirus Javadpour,M.H.Shariat,Fatemeh Mahzoon，Preparation and properties of ceramic Al₂O₃ coating as TBCs on MCrAly layer applied on Inconel alloy by cathodic plasma electrolytic deposition，Surface&Coatings Technology，228(2013)S611–S614.)采用阴极等离子电解制备出Al₂O₃热障涂层。然而，这些文献报道的阴极等离子电极制备的热障涂层都是在很小的样品上实现的。