[发明专利]一种耐CMAS高温腐蚀复合热障涂层的制备方法

说明书

本发明为一种耐CMAS高温腐蚀复合热障涂层的制备方法。该方法首先将LZ陶瓷粉和Al₂O₃粉进行机械混合，并采用超声震荡制得LZ/Al₂O₃复合粉，再采用等离子喷涂合成了Al₂O₃含量在5～30％的LZ/Al₂O₃复合涂层。本发明提高了TBCs抗热震性，克服了涂层在CMAS环境下的耐腐蚀性能丢失的缺陷。

技术领域

本发明的技术方案涉及用LZ/Al₂O₃对镍基高温合金的镀覆，具体地说是LZ/Al₂O₃复合涂层的制备方法。

背景技术

热障涂层(Thermal Barrier Coatings，TBCs)现已广泛应用于地面燃气轮机和航空发动机的高温部件中，阻隔金属部件与高温燃气的直接接触，以有效保护多功能基体材料[1-3]。然而，当工作温度高于时，原本在较低温度下没有太大危害的沉积物CMAS(CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂)沉积在1200℃甚至更高温下会发生熔融，润湿涂层表面，长时间的高温会提高熔融CMAS的流动性，导致其渗透入陶瓷层微观组织结构中。在冷却过程中，CMAS凝固形成刚性的玻璃体，降低了涂层的孔隙率和应变容限，提高了涂层的导热率，大大降低了涂层的隔热防护功能，从而导致涂层失效。目前广泛使用的热障涂层材料是用Y₂O₃稳定的ZrO₂(YSZ)，YSZ涂层因其良好的隔热性能和较长的寿命已被使用了多年。但YSZ涂层只宜在以下长期使用，在更高的温度下，涂层会出现烧结和相变等现象，此外，还遭受危害极大的CMAS腐蚀，这些问题，特别是CMAS腐蚀，会直接导致涂层失效。为了缓解CMAS沉积物对TBCs的侵蚀，国内外开展了相关研究未来先进的航空发动机将具有更高的涡轮进口温度，为适应它的发展，有必要寻找在高温环境下更稳定热导率更低的热障涂层材料来替代YSZ。La₂Zr₂O₇(LZ)具有极低的热导率和优异的相稳定性，被普遍认为是一种很有应用前景的新型热障涂层材料。已有不少研究表明，与涂层相比，LZ热障涂在隔热和高温稳定性等方面具有明显的优越性。然而由于LZ和粘接层NiCoCrAlY的热膨胀系数(CTE)不同(分别为)，在热循环过程中，容易导致保护层剥落，从而导致TBCs失效。在CMAS渗入过程中，大量Ca²⁺、Si⁴⁺被消耗形成了稳定化合物钙长石，在CMAS反应前端，其熔融物以Mg²⁺、Al³⁺为主，Al³⁺的增加可以加速高熔点化合物尖晶石的生成，从而在CMAS反应前端形成稳定致密的防线，阻止CMAS熔融物进一步渗入。因此，可以通过往LZ涂层中添加“第二相”Al₂O₃来提高TBCs的热震循环寿命，同时增加涂层在CMAS环境下的耐蚀性。

目前，国内外关于制备Al₂O₃涂层及LZ涂层的主要方法有等离子喷涂法、物理涂覆法、气相沉积法。