[发明专利]一种多氧化物共掺耐熔融玻璃腐蚀的热障涂层在审

专利信息
申请号: 201810975613.5 申请日: 2018-08-24
公开(公告)号: CN108930012A 公开(公告)日: 2018-12-04
发明(设计)人: 张晶晶;韩圣辉;张昊;王知行;白岩;李逸;王志强;林海 申请(专利权)人: 大连工业大学
主分类号: C23C4/11 分类号: C23C4/11;C23C4/134;C23C4/073
代理公司: 苏州市中南伟业知识产权代理事务所(普通合伙) 32257 代理人: 王倩
地址: 116034 辽宁省大*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 热障涂层 熔融玻璃 陶瓷层 腐蚀 航空发动机 等离子喷涂 质量百分比 粉体制备 附加设备 黏结层 氧化物 共掺 喷涂 造粒 制备 应用
【说明书】:

发明公开一种耐熔融玻璃腐蚀的热障涂层,包括黏结层NiCrAlY和陶瓷层;所述陶瓷层按照质量百分比计算,包括如下组分:Yb2O3:0~10.54,Y2O3:5.1~6.8,ZrO2:59.1~73,Al2O3:13~16.9,TiO2:3.25~3.3,Nd2O3:0~9,Yb2O3:0~10.54。另外还提供等离子喷涂热障涂层的陶瓷层的制备方法;包括了以下的操作步骤:粉体制备、混合、造粒、喷涂。采用此种技术方案得到的热障涂层,与传统热障涂层相比耐熔融玻璃腐蚀效果明显增强,该方法操作简单,相对于其它方法,成本较低,无需附加设备,在航空发动机在耐熔融玻璃腐蚀领域具有非常广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种热障涂层的配方及其制备工艺,尤其涉及一种多氧化物共掺耐熔融玻璃腐蚀的热障涂层。

背景技术

热障涂层(Thermal barrier coatings,TBCs)是一种能够起到隔热作用并防止零件在高温环境中被氧化与腐蚀的保护涂层。它的隔热作用可降低涂层下基体金属所承受的实际工作温度,可以有效地提高零部件的使用寿命。TBCs主要应用于高温工作的金属零部件表面,例如航空飞机涡轮叶片、武器装备推进系统的热端部件和汽轮机燃烧室零件的表面。近年来热障涂层相关的研究主要集中在抗热震性能、抗高温氧化性能,多数试验条件是涂层处于无腐蚀介质的高温状态下进行的。事实上在苛刻的环境长时间服役过程中,TBCs除了需要克服高温氧化外,还长期承受熔融玻璃腐蚀,即空气中砂子微粒在叶片上沉积形成钙镁铝硅酸盐玻璃CMAS(一般成分为33CaO-9MgO-12Al2O3-45SiO2)。随着近年来航空及武器装备的发动机各项工作参数的更新,燃烧室的温度被不断提高,CMAS对热障涂层的腐蚀问题愈发严重,大幅降低了涂层的服役寿命,TBCs的失效问题极大地限制了其广泛应用,并成为热障涂层领域亟待解决的关键问题。

目前,国内外常用的热障涂层材料为7-8(wt.%)Y2O3-ZrO2(YSZ),CMAS沉积物对8YSZ热障涂层失效的影响主要有热化学作用和热机械作用,总体来讲即砂粒在高温环境下熔融,形成高流动态的液体,快速渗入多孔的YSZ陶瓷涂层中,冷却过程中产生的脆性玻璃相导致陶瓷层开裂、分层开裂、逐层剥离失效。国内外很多学者对如何提高TBCs的抗CMAS腐蚀能力进行了深入研究,归纳起来主要有以下两种方式:1)选择新的涂层材料。例如稀土锆酸盐Ln2Zr2O7等,但新涂层材料与Al2O3的相容性较差,致使该类涂层的应用存在隐患。2)涂层的后处理,即在制备了YSZ涂层后在表面电沉积致密无裂纹的氧化铝层,或通过磁控溅射、电子束物理气相沉积等方式在YSZ表面沉积薄膜等。后处理的方式无疑在YSZ表面增加了一层保护层,可有效的防止CMAS渗入,大大提高了涂层的耐CMAS腐蚀性,但热障涂层失效是在热力耦合作用下的结果,虽然抵挡了CMAS的渗入,但TGO仍会随服役时间的增加而生长,界面处的应力集中仍会导致涂层失效,且成本较高。

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