[发明专利]一种钨铜合金表面隔热/抗烧蚀一体化复合涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及高温功能陶瓷防护涂层材料领域，具体公开了一种钨铜合金表面隔热/抗烧蚀一体化复合涂层，从钨铜合金表面开始，从下到上依次包括金属黏结层、陶瓷内层、陶瓷过渡层和陶瓷外层，陶瓷内层为氧化铝层，陶瓷过渡层为氧化铝‑稀土锆酸盐层，陶瓷外层为稀土锆酸盐层。本发明还提供了隔热/抗烧蚀一体化复合涂层的制备方法。本发明的隔热/抗烧蚀一体化复合涂层为多层梯度渐变涂层结构，有利于降低热膨胀不匹配引起的应力，通过热导率系数的不同可以产生明显的热梯度，最外层采用低热导率稀土锆酸盐陶瓷材料具有优异的抗超高温烧蚀特性，并提供优异的隔热性能。

技术领域

本发明属于高温功能陶瓷防护涂层材料领域，特别涉及一种钨铜合金表面隔热/抗烧蚀一体化复合涂层及其制备方法。

背景技术

由于稀土离子掺杂后将导致氧化锆基陶瓷材料晶格中存在一定含量的氧空位，声子散射作用变强，且掺杂离子半径较大时使得晶格中声子频率和平均自由程下降，从而降低声子传播速度，有助于降低氧化锆基陶瓷材料的热导率。利用等离子喷涂工艺将低热导率陶瓷材料沉积到高温金属合金表面，由于等离子喷涂陶瓷涂层中孔穴基本是扁平的且平行于金属基底，孔穴的排布方向与涂层的热流方向垂直，因此等离子喷涂低热导率陶瓷涂层具有优异的低热导率特性，可以起到隔热作用，提供优异的隔热效果。研究表明当表面温度为1200℃时，陶瓷表层的厚度每提高25.4μm，金属基底表面温度可降低约4～6℃，通过在钨铜合金表面涂覆低热导率陶瓷涂层是快速、有效地提高其耐高温能力的主要手段之一。

在超高温应用工况条件下，由于钨铜合金超过一定温度时将产生明显的氧化、熔化或渗铜现象，从而严重影响合金材料的使用性能，对其短时耐超高温条件提出了更苛刻的要求。如何利用陶瓷材料的低热导率特性，提升钨铜合金表面短时耐温能力、高温可靠性及其稳定性是本领域技术人员需要攻克的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐超高温、抗热冲击性能和抗烧蚀性能优异的隔热/抗烧蚀一体化复合涂层及其制备方法，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种钨铜合金表面隔热/抗烧蚀一体化复合涂层，从钨铜合金表面开始，从下到上依次包括金属黏结层、陶瓷内层、陶瓷过渡层和陶瓷外层，所述陶瓷内层为氧化铝层，所述陶瓷过渡层为氧化铝-稀土锆酸盐层，所述陶瓷外层为稀土锆酸盐层。

优选的，上述一体化复合涂层中，所述金属黏结层的厚度为0.03～0.10mm；所述陶瓷内层的厚度为0.05～0.10mm；所述陶瓷过渡层的厚度为0.05～0.20mm；所述陶瓷外层的厚度为0.10～0.60mm。

优选的，上述一体化复合涂层中，所述金属黏结层为NiCrAlY、CoCrAlY或CoNiCrAlY；所述氧化铝-稀土锆酸盐层中，氧化铝的质量百分含量为4～50％；所述稀土锆酸盐层中稀土元素为镧、铈、钆或铪中的任一种。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了上述一体化复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)钨铜合金基底粗化；

(2)采用大气等离子喷涂工艺在步骤(1)处理后的钨铜合金基底上制备一层金属黏结层；

(3)采用大气等离子喷涂工艺将氧化铝喷涂粉末沉积在步骤(2)的金属黏结层表面得到陶瓷内层；

(4)采用大气等离子喷涂工艺将氧化铝-稀土锆酸盐喷涂粉末沉积在步骤(3)的陶瓷内层表面得到陶瓷过渡层；

(5)采用大气等离子喷涂工艺将稀土锆酸盐喷涂粉末沉积在步骤(4)的陶瓷过渡层表面得到陶瓷外层，从而完成钨铜合金表面隔热/抗烧蚀一体化复合涂层制备。

优选的，上述制备方法中，所述氧化铝喷涂粉末粒径为35～149μm，所述氧化铝-稀土锆酸盐喷涂粉末粒径为37～98μm，所述稀土锆酸盐喷涂粉末粒径为18～124μm。