[发明专利]一种室温手工制备金属表面陶瓷热障涂层方法

说明书

本发明提供一种室温手工制备金属表面陶瓷热障涂层方法。本方法主要是在室温用碱性硅溶胶、包含碱金属锂或钾的硅酸盐或/和锂或钾的氢氧化物的固体或水溶液两者混合溶液作为隔热陶瓷粉的粘接剂将隔热陶瓷粉手工涂在金属表面，再将涂层干燥和高温热处理制得金属热障涂层。相比于传统的等离子体喷涂(Plasma Spraying简称PS)和电子束物理气相沉积(Electron‑Beam Physical Vapor Deposition简称EB‑PVD)，本发明方法有以下优点：(1)能用于熔点特别高的热障涂层陶瓷粉；(2)能用于制备具有空心球颗粒的陶瓷热障涂层；(3)能用于制备具有纳米颗粒的陶瓷热障涂层；(4)应急时热障涂层的快速修补；(5)对于实验室制备一小块热障涂层，本方法能大大降低实验成本；(6)相比于耗能的大型热喷涂设备，涂层制作成本大大降低。

技术领域

本发明涉及一种金属表面陶瓷热障涂层手工制备方法。本发明所述金属表面陶瓷热障涂层是指涂在金属表面起隔热作用的陶瓷涂层。

本发明只是以镍基高温合金GH4169作为一个典型的金属来举例说明，本领域专业人员清楚，除了镍基高温合金需要陶瓷热障涂层外，其它易高温氧化的金属材料如钴基高温合金、镍钴铝钇等多元粘接合金、铁基金属(高强钢、普通碳钢、不锈钢等)、铝合金、镁合金、铜合金、单晶或多晶金属硅、钛合金、钨合金、钼合金等金属做成的金属构件等都有可能需要陶瓷热障涂层，这样能降低这些金属材料的受热温度，从而避免它们力学性能因受热温度过高而衰减。本发明的热障涂层同样能用在上述金属材料表面。

本发明只是以Gd₂O₃、Yb₂O₃、Y₂O₃、ZrO₂组成的复合物Gd-Yb-YSZ陶瓷粉作为一个典型的起隔热作用的陶瓷粉来举例说明，本领域专业人员清楚，除了Gd-Yb-YSZ陶瓷粉外，其它化学组成的陶瓷粉如YSZ、Gd-Sc-YSZ、LaZr₂O₇等锆基陶瓷粉都有可能用作陶瓷热障涂层。本发明同样能用上述陶瓷材料作为热障涂层的原料。

背景技术

随着当今高推重比航空发动机的使用，发动机叶片的工作温度提高到了1600℃左右，而通常制造发动机叶片所用的镍基高温合金材料长期使用温度在900℃左右。尽管先进的气膜冷却技术可以将发动机叶片工作温度进一步提高近400℃，但仍需在叶片表面覆盖一隔热的陶瓷热障涂层(Thermal Barrier Coatings简称TBC)，以进一步降低高温合金受热温度。目前主要用等离子体喷涂(Plasma Spraying简称PS)和电子束物理气相沉积(Electron-Beam Physical Vapor Deposition简称EB-PVD)在高温合金表面制备陶瓷热障涂层。传统的陶瓷热障涂层材料是含7-8wt％Y₂O₃的ZrO₂陶瓷粉(简称YSZ)，它的使用温度不超过1100℃，温度再高Y₂O₃不能起稳定ZrO₂相的作用，因此在1600℃左右，ZrO₂在冷热交替过程会发生相变，从而导致YSZ陶瓷涂层开裂和脱落。人们研究发现，在YSZ中加入Gd₂O₃、Yb₂O₃、Sc₂O₃等稀土元素氧化物能进一步稳定ZrO₂相，使它在1600℃左右也不发生相变，同时能提高热障涂层隔热温度。这样制得的复合物有Gd-Yb-YSZ、Gd-Sc-YSZ等。