[发明专利]一种用于在偏流板表面上制备梯度金属陶瓷复合涂层的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及制备绝缘涂层，具体涉及一种用于在偏流板表面上制备梯度金属陶瓷复合涂层的方法及装置。

背景技术

目前偏流板的材质主要为铝合金，采用水冷方式冷却。但这种偏流板的铝合金冷却水通道腐蚀严重；维修成本高；系统复杂、重量大。为了提高偏流板承受飞机喷射时燃气的高速、高温和强冲击力的作用，近年提出了钝化偏流板结构。即首先利用空气冷却代替海水冷却，这样可减轻海水冷却系统的重量和因它引起的腐蚀问题，减少维修成本；其次，对偏流板表面进行增强隔热，采用涂覆陶瓷隔热层，多功能复合涂层以及多功能夹层结构，诸如LASCOR(激光焊接夹芯板)、泡沫碳复合材料、蜂窝材料等。

YSZ中Y₂O₃具有优异的热稳定和高温增韧效果，YSZ的热物理性好，是制备热障涂层(thermal barrier coatings，TBCs)的重要材料，在航空航天、新能源、国防科技等尖端工业的高温热部件有广泛的应用。在偏流板表面制备以YSZ为陶瓷相的热障涂层能够起到较好的隔热保护铝合金基体的钝化作用，从而提高偏流板的使用寿命。NiCr-Cr₃C₂具有良好的耐热性能，在金属碳化物中抗氧化能力最强，在空气中只有在1100～1400℃才开始显著氧化，在高温条件下依然保持相当高的硬度。Cr₃C₂还具有很强的耐蚀性和耐磨性，通过NiCr-Cr₃C₂涂层磨粒磨损试验，涂层的磨粒磨损量与磨损时间基本上呈线性关系，磨损率远远低于低碳钢。目前在冶金、航空、发电等领域NiCr-Cr₃C₂涂层都具有广泛的应用。将偏流板表面的功能梯度涂层的面层制备成NiCr-Cr₃C₂涂层，能够有效提高涂层的耐磨性、抗高温烧蚀、氧化和冲蚀的能力。

因此，在偏流板表面制备NiCoCrAlY、YSZ和NiCr-Cr₃C₂复合连续梯度涂层，将三种不同功能的材料，按需要合理分布在涂层中，对实现偏流板性能和寿命的提升具有重要的意义，同时，由于金属粉末和陶瓷粉末的熔点相差较大，如何将两种粉末完全达到各自熔点后在进行均匀的混合再进行喷涂进而提高涂层性能也是目前存在的问题。

发明内容

本发明设计开发了一种用于在偏流板表面上制备梯度金属陶瓷复合涂层的方法。本发明的目的之一是将高熔点陶瓷粉末及低熔点金属粉末分别送入等离子焰流的不同温度区域内，保证两种粉末分别达到各自的熔点，再均匀混合后以超音速喷射到基体形成涂层，从而解决了传统技术中的“金属/陶瓷混合法”制备梯度热障涂层时，低熔点金属相过熔而引起的氧化、脆化问题。

本发明的目的之二是利用NiCoCrAlY、YSZ和NiCr-Cr₃C₂复合的金属陶瓷涂层可显著提高高温韧性、耐热性和可靠性，提高偏流板承受飞机喷射时燃气的高速、高温和强冲击力能力，同时，还能够在保证优异的隔热性能基础上不影响偏流板的散热能力。

本发明还设计开发了一种用于在偏流板表面上制备梯度金属陶瓷复合涂层的装置。本发明的目的是能够解决由于陶瓷粉末与金属粉末的熔点不同，通过同一通道进入喷涂系统时，导致混合不均，形成的涂层韧性低、致密性差、耐热性差、易氧化、易剥落等问题。

本发明针对偏流板工况专门制备的功能梯度金属陶瓷复合涂层，具有耐高温腐蚀、热冲击、高温冲蚀、常温盐雾腐蚀、耐磨损等诸多性能，并且涂层中的底层结合强度高、导热性好，尤其是中间较薄的以YSZ为主的梯度复合涂层具有优异的隔热、防止底层和基体烧损，以及增强耐高温腐蚀、热冲击，及耐盐雾腐蚀的作用，能够有效提高偏流板的性能和使用寿命。

本发明提供的技术方案为：

一种用于在偏流板表面上制备梯度金属陶瓷复合涂层的方法，包括：

将底层原料粉导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，在喷涂电流的作用下，通过主气流将所述底层原料粉向基体喷涂，在所述基体上形成底层；

将中间层原料粉导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，在喷涂电流的作用下，通过主气流将所述中间层原料粉向基体喷涂，在所述底层上形成中间层；以及

将面层原料粉导入超音速等离子喷涂系统的主气流喷射路径，在喷涂电流的作用下，通过主气流将所述面层原料粉向基体喷涂，在所述中间层上形成面层；