[发明专利]一种自愈合型高致密度热障涂层的制备方法

说明书

本发明涉及一种自愈合型高致密度热障涂层的制备方法，属于涂料技术领域。本发明自愈合热障涂层的有效应用在于填充裂纹的同时能形成对氧气的阻隔，通过钛溶胶填充水滑石复合材料后，其既具有金属的性能又具有陶瓷的性能，在高温环境下，自愈合涂层会分解并形成包覆膜，阻止氧气向内扩散，保护基体免进一步氧化，同时，高温下氧化生成的金红石相TiO₂可以进一步填补裂纹，强化愈合效果，所以本发明技术方案制备的热障涂层有效改善材料的致密结构和力学性能。

技术领域

本发明涉及一种自愈合型高致密度热障涂层的制备方法，属于涂料技术领域。

背景技术

涂层技术对当代工业的发展起着至关重要的作用。随着当代工业水平的不断提

升，数百种涂层被开发。其应用的领域包括防腐蚀、耐磨、抗侵蚀、阻氣和热防护等。其中，由于热障涂层能够在高温环境下服役，因此在工业发动机领域和航空航天飞行器领域得到广泛的应用。而航空发动机则是其中的代表。

在发动机领域，为了不断的提高发动机的热效率，需要进一步提髙发动机工作温度、发展先进冷却技术。以航机为例，镍基高温合金是最常用的航空发动机高温部件的结构材料。对比镇基高温合金近30年的发展和航机高温部件近30年的需求来看，单靠发展高温合金技术无法满足日益増长的航机发展需求。目前，高温合金需要在热防护技术和冷却技术的保护下，以低于航机叶片表面温度约100℃的条件下服役；而在未来，该降低的温度很高于200℃。因此，如果要开发下一代航机发动机，热障涂层作为航机高温部件上最常用的热防护技术需要被深入的研究和开发。

热障涂层从20纪80年代问世，至今已经经历过长足的发展。目前，以陶瓷涂层为主的热障涂层己经得到广泛的认可。目前最常见的热障涂层结构为三层结构，即由粘接层，热生长氧化物层和陶瓷层组成。涂层与基体表面的结合方式有以下两种：第一种是机械结合，碰撞形成的扁平状颗粒随基体表面有一定的起伏不平，和凹凸的表面相互咬合，形成机械钉扎而结合；第二种是冶金-化学结合，当涂层与基体表面出现扩散和合金化时就会产生冶金-化学结合。这种结合方法主要是在结合面上生成金属间化合物或者固溶化。在这两种结合中，等离子体喷涂的涂层以机械结合为主。涂层的性能与喷涂工艺参数和喷涂粉体的质量密切相关。喷涂工艺对涂层的性能影响很大，喷涂过程中功率过高、送粉送气速度和喷涂距离控制不当、基体温度控制不好都会使涂层产生残余应力而影响涂层寿命。同时，喷涂用的粉末处理也相当重要。

热致生长氧化物层(TGO)是涂层裂纹产生的主要源头与扩散通道，TGO的过度生长会使TGO/粘结层和TGO/陶瓷层界面处聚集较大的残余应力，从而产生横向裂纹，这是造成陶瓷层脱落的一个主要因素。随着热障涂层的在实际中应用越来越广泛，在高温环境下工作的涂层粘结层易氧化，涂层容易开裂剥落已经成为限制热障涂层应用的首当其冲的问题。如何降低涂层孔隙率，阻挡氧扩散进入粘结层，提高粘结层的抗氧化性能是目前热障涂层研究的重要方向。因此，本课题针对目前热障涂层存在的问题：高温环境下，粘结层氧化物生长，导致涂层粘结强度较差，涂层寿命降低，通过大气等离子体喷涂的方法制备了三种自愈合热障涂层，克服了现有热障涂层存在的问题。