[发明专利]一种具有长寿命的热障涂层及其制备方法

权利要求书

1.一种具有长寿命的热障涂层，包括设置于基体(1)表面的粘结层(3)和陶瓷面层(5)，其特征在于：所述粘结层(3)与基体(1)之间还设置有扩散阻挡层(2)，所述扩散阻挡层(2)为Zr层/ZrN层交替叠合的扩散阻挡层(2)，所述扩散阻挡层(2)与基体(1)和粘结层(3)接触的表面均为Zr层；

所述陶瓷面层(5)与所述粘结层(3)时间还设置有预氧化层(4)，所述预氧化层(4)为连续致密的α-Al₂O₃层。

2.根据权利要求1所述的一种具有长寿命的热障涂层，其特征在于：所述粘结层(3)为MCrAlY或PtNiAl材料制备的粘结层(3)，所述MCrAlY中的M为Ni或Co元素，其厚度为50-200μm。

3.根据权利要求1所述的一种具有长寿命的热障涂层，其特征在于：所述Zr层厚度为0.25-1μm，ZrN层厚度为1-4μm。

4.根据权利要求1所述的一种具有长寿命的热障涂层，其特征在于：所述陶瓷面层(5)为ZrO₂和Y₂O₃混合粉末陶瓷面层(5)，其中Y₂O₃所占的质量百分比为7％，所述陶瓷面层(5)的厚度为50-1000μm。

5.根据权利要求1所述的一种具有长寿命的热障涂层，其特征在于：所述α-Al₂O₃层的厚度为5-10μm。

6.一种根据权利要求1-5任一所述的具有长寿命的热障涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：在预处理后的基体(1)表面制备Zr层/ZrN层交替叠合的扩散阻挡层(2)

将预处理的基体(1)放入电弧离子镀设备的真空室内，在真空和保护气氛下，溅射清洗10-20min后，间断式充入反应气体N₂，在基体(1)表面交替沉积Zr层和ZrN层；

步骤S2：在扩散阻挡层(2)表面制备粘结层(3)

以热喷涂、电弧离子镀、磁控溅射或电子束物理气相沉积法在扩散阻挡层(2)表面制备粘结层(3)，并对其表面进行喷漆黑化处理；

步骤S3：对黑化处理后的粘结层(3)进行激光重熔处理

步骤S4：在粘结层(3)表面制备预氧化层(4)

以微弧氧化法在粘结层(3)表面制备α-Al₂O₃预氧化层(4)；

步骤S5：陶瓷面层(5)的制备

热喷涂或电子束物理气相沉积法在预氧化层(4)表面制备陶瓷面层(5)，最终获得具有长寿命的热障涂层。

7.根据权利要求6所述的一种具有长寿命的热障涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中基体(1)的预处理操作为抛光、丙酮超声波清洗、无水乙醇脱水和烘干；电弧离子镀设备中采用Zr为靶材、Ar₂为工作气体、N₂为反应气体，沉积工艺中，工作压强为1-2Pa，工作气体流量为30-50cm³·min^-1，沉积ZrN层时反应气体流量为60-100cm³·min^-1，弧电流60-100A，偏压为20-300V，沉积温度300-350℃，沉积Zr层的时间为7.5-30min，沉积Zr层的时间为30-120min。

8.根据权利要求6所述的一种具有长寿命的热障涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中激光重熔工艺参数为激光功率为500-2000W，光斑直径为2-5mm，激光扫描速度为300-1000mm·min^-1，且重熔时吹Ar₂保护熔池，Ar₂流量为5-10L·min^-1。

9.根据权利要求6所述的一种具有长寿命的热障涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中微弧氧化时，所用电源为脉冲直流电源，电解液是浓度为8-12g·L^-1的Na₂SiO₃，电流密度为8-12A·dm^-2，频率为3000-8000Hz，占空比为40％-60％，时间5-10min。