[发明专利]钛合金表面高结合强度热障涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种钛合金表面高结合强度热障涂层的制备方法，是利用溶胶凝胶法与激光熔覆技术相结合制备高结合强度热障涂层，具体是在钛合金基体表面预置NiCoCrAlY粉末，通过激光熔覆制备热障涂层粘结层，再采用溶胶凝胶法制备AlOOH溶胶涂覆在热障涂层粘结层表面，激光扫描AlOOH溶胶表面使其烧结，获得致密无裂纹、耐磨且与热障涂层粘结层结合强度高的Al₂O₃陶瓷陶瓷涂层。本发明方法制备的热障涂层组织致密无裂纹，耐磨性能良好，且与钛合金基体结合强度高。

技术领域

本发明属于钛合金材料表面处理技术领域，具体涉及钛合金材料表面热障涂层，特别是涉及一种利用溶胶凝胶法与激光熔覆技术相结合制备高结合强度热障涂层的方法。

背景技术

钛合金具有比强度高、抗蚀性能好、高低温性能优异等优点，被广泛运用到航空航天领域，是制备航空发动机叶片的重要材料。为适应现代工业的快速发展，满足发动机的高效率、大推力、长寿命等要求，在钛合金基体上制备热障涂层，从而提高合金的高温防护性能，成为现代工业制造技术领域中的研究热点。

热障涂层一般由高隔热、抗腐蚀的陶瓷涂层与金属粘结层组成。陶瓷涂层的主要功能是在高温载荷下，减弱热量向基体传送，提高基体的抗氧化和抗腐蚀性能；金属粘结层的作用是缓解陶瓷层与基体热膨胀的不匹配，提高基体的抗高温氧化性能。

然而，陶瓷涂层与金属粘结层的热膨胀系数及弹性模量依然相差较大，在高温热循环过程中，还是容易造成陶瓷涂层的脱落。其影响因素包括机械应力、热应力、涂层内部的化学反应和腐蚀等。

大气等离子喷涂(APS)是在热障涂层制备技术中最早使用的喷涂工艺。在使用氨气作为载体的条件下，喷涂粉末被等离子体火焰迅速加热至熔融状态，喷涂在零件表面。当熔融状态的球形粉末冲击在零件表面时，零件会产生塑性形变，粉末颗粒通过这种零件的塑性变形彼此粘结附着在零件表面。但是，大气等离子喷涂的涂层粒子层间结合有限，一般层间未结合界面占总界面面积的60%以上，使得涂层表面的裂纹容易沿界面开裂，而导致涂层过早失效。

近年来发展起来的电子束物理气相沉积(EB-PVD)热障涂层是用高能电子束加热并汽化陶瓷源，使陶瓷蒸汽以原子形式沉积在基体上形成的。经过高温后续处理后，使粘结层与陶瓷层之间形成扩散，从而消除了内界面，提高了涂层的抗热疲劳性能。但是，EB-PVD的沉积速率相对APS较低，且受元素蒸汽压影响，涂层的成分控制比较困难，试样尺寸不能太大。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高粘结性和耐磨性的钛合金表面高结合强度热障涂层的制备方法。

本发明是利用溶胶凝胶法与激光熔覆技术相结合来制备高结合强度热障涂层的，包括在钛合金基体表面预置NiCoCrAlY粉末，通过激光熔覆制备热障涂层粘结层，采用溶胶凝胶法制备AlOOH溶胶涂覆在所述热障涂层粘结层表面，激光扫描AlOOH溶胶表面使其烧结，获得致密无裂纹、耐磨且与热障涂层粘结层结合强度高的Al₂O₃陶瓷涂层。

具体地，本发明所述钛合金表面高结合强度热障涂层的制备方法包括：

1)、在钛合金基体表面预置一层NiCoCrAlY粉末形成预置涂层，预热至80～100℃；

2)、控制预置涂层烧结温度为1000～1500℃，以半导体激光器连续扫描NiCoCrAlY粉末预置涂层，在钛合金基体表面制备得到热障涂层粘结层；

3)、以异丙醇铝为前驱物，蒸馏水为溶剂，硝酸为催化剂，将异丙醇铝加入蒸馏水中回流搅拌反应形成沉淀，加热除去反应产生的异丙醇，再加入硝酸溶液使沉淀物分散，于85～95℃回流搅拌老化，制备得到AlOOH溶胶；