[发明专利]一种热障涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明属于功能涂层技术领域，特别涉及一种热障涂层及其制备方法和应用。本发明提供了一种热障涂层的制备方法，包括以下步骤：提供预处理基体；在所述预处理基体的表面利用NiCrAlY合金进行多弧离子镀，得到金属粘结层；在所述金属粘结层表面依次进行喷丸处理、热处理、喷砂处理和清洗后，采用电子束物理气相沉积法制备陶瓷层，得到热障涂层。通过以NiCrAlY合金进行多弧离子镀，在较快的沉积速度基础上，得到与基体结合力高的金属粘结层，有利于提高涂层对交变载荷的承受能力并提高热障涂层的抗热震性；通过电子束物理气相沉积有利于得到均匀、与金属粘结层结合良好的陶瓷层，进一步提高热障涂层的抗热震性。

技术领域

本发明属于功能涂层技术领域，特别涉及一种热障涂层及其制备方法和应用。

背景技术

热障涂层(Thermal Barrier Coatings)是一层陶瓷涂层，其沉积在耐高温金属或超合金的表面，对于基底材料起到隔热作用，降低基底温度，使得用其制成的器件(如发动机涡轮叶片)能在高温下运行，并且可以提高器件(如发动机等)的热效率达到60％以上。热障涂层主要由四层组成，最外层是陶瓷层，用来降低合金基体的温度；陶瓷层下层是金属粘结层，主要用于改善陶瓷层与基体的结合强度和保护基体合金免受高温燃气冲蚀；金属粘结层下面是热生长氧化物(TGO)层，是在高温服役时粘结层中的Al向外扩散氧化形成的，主要成分为α-Al₂O₃；最下面为高温合金基体。

热障涂层做为提高航空发动机涡轮叶片承温能力的三大技术之一，对保护涡轮叶片和提高发动机涡轮前进口温度具有重要意义。目前，热障涂层的制备方法主要有大气等离子喷涂、电子束物理气相沉积以及高速火焰喷涂。其中，大气等离子喷涂制备的热障涂层具有大量的微孔和微缺陷，因此具有良好的隔热效果，但抗热震性能较差，寿命较低；电子束物理气相沉积制备的热障涂层具有柱状晶结构，陶瓷层具有良好的应变容限，因此抗热震性能好、寿命较长，但涂层与基体结合力较差；高速火焰喷涂制备的涂层与基体结合力较差，不能承受交变载荷，涂层内应力大。

因此，寻求一种与基体结合良好且抗热震性能优良的热障涂层的制备方法，以满足现代工业的不断发展对热障涂层的要求，具有重要的国防意义和极大的产业价值。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种热障涂层的制备方法，由该方法制备得到的热障涂层具有与基体结合良好且抗热震性能优良的特点；本发明还提供了一种热障涂层及其应用。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种热障涂层的制备方法，包括以下步骤：

提供预处理基体；

在所述预处理基体的表面利用NiCrAlY合金进行多弧离子镀，得到金属粘结层；

在所述金属粘结层表面依次进行喷丸处理、热处理、喷砂处理和清洗后，采用电子束物理气相沉积法制备陶瓷层，得到热障涂层。

优选的，所述提供预处理基体包括以下步骤：

将基体的表面依次进行打磨、喷砂处理和清洗，得到预处理基体；

所述打磨用砂纸的目数为800目；所述喷砂处理用细砂的目数为20目，压力为0.2MPa。

优选的，所述基体为镍基合金。

优选的，以质量百分比计，所述NiCrAlY合金包括以下元素：Cr 15％～20％、Al10％～15％、Y 0.2％～1.0％和余量的Ni。

优选的，所述多弧离子镀的弧电流为160～200A，偏压为10～30V，本底真空度为1×10^-3～9×10^-3Pa；所述多弧离子镀时，所述预处理基体的温度为300～500℃。