[发明专利]一种在基体材料上形成的复相环境障涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种在基体材料上形成的复相环境障涂层及其制备方法。复相环境障涂层自基体材料向外依次包括硅粘结层、莫来石层和由硅酸镥与硅酸钪混合而成的Lu₂SiO₅‑Sc₂Si₂O₇复相陶瓷层。所述方法：将硅粉、莫来石粉和由硅酸镥粉与硅酸钪粉混合而成的混合粉分别装入超低压等离子喷涂设备的送粉器中并进行干燥处理；将基体材料固定在喷涂舱室内的转动台上；在基体材料的表面依次制备硅粘结层、莫来石层和Lu₂SiO₅‑Sc₂Si₂O₇复相陶瓷层，制得所述复相环境障涂层。本发明的复相环境障涂层抗热冲击寿命长，高温抗水‑氧腐蚀性能优异；本发明方法能在超低压环境下快速、低成本、一体化制备所述复相环境障涂层。

技术领域

本发明属于热喷涂技术领域，尤其涉及一种在基体材料上形成的复相环境障涂层及其制备方法。

背景技术

基体材料例如陶瓷基复合材料由于具有耐高温、低密度、高比强度、高韧性等优势，常采用其制备航空发动机叶片等关键部件，可显著降低油耗、提高发动机的工作效率。然而，由于发动机内部叶片的使用温度越来越高，高温水汽、熔盐等服役环境愈加恶劣，单靠陶瓷基复合材料基体，单层热障涂层或单层环境障涂层难以满足新一代高性能发动机的需求。因此，需要在发动机叶片表面涂覆多层环境障涂层进行防护，提高发动机叶片的隔热、高温抗水汽腐蚀等性能，从而延长叶片的服役寿命。

稀土硅酸盐材料具有低热膨胀系数、低的SiO₂活度，在高温水-氧环境下具有很高的相结构稳定性，因此是高性能环境障涂层的一类重要的候选材料。然而，在航空发动机环境下，SiO₂仍然具有一定的挥发性，可能会导致涂层使用过程中产生缺陷，降低环境障涂层的使用寿命。例如现有陶瓷基复合材料以单层或者多层硅酸镱(Yb₂SiO₅)层作为环境障涂层时，该环境障涂层的抗热冲击性能和高温抗水-氧腐蚀性能均有待提高。中国专利申请CN102249735A公开了一种低温制备环境障碍涂层的方法，其公开了以聚氮硅烷作为前躯体混合硅酸钪(Sc₂Si₂O₇)粉体制备浆料，使用Li₂CO₃作为烧结助剂于1250℃制备Sc₂Si₂O₇环境障碍涂层，同样该环境障碍涂层的抗热冲击性能和高温抗水-氧腐蚀性能有待进一步提高。

目前，环境障涂层的制备技术很多，其中包括大气等离子喷涂、电子束物理气相沉积、化学气相沉积等。然而，对于多层复杂体系的环境障涂层，上述制备方法均存在一定的局限性，包括涂层沉积速率低、成本高等。与上述制备方法相比，超低压等离子喷涂技术可在极低的气压下进行喷涂、射流温度很高(最高温度超过10000K)、速度快(最快射流速度超过2000m/s)，因而具有沉积效率高、成本低廉、沉积面积大、涂层均匀等优点，有望实现多层环境障涂层的快速、低成本和一体化制备。

综上所述，非常有必要提供一种抗热冲击寿命长、高温抗水-氧腐蚀性能优异的复相多层环境障涂层以及通过在超低压环境下快速、低成本、一体化制备复相多层环境障涂层的方法。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种在基体材料上形成的复相环境障涂层及其制备方法。本发明中的复相环境障涂层的抗热冲击寿命长，高温抗水-氧腐蚀性能优异；本发明方法能在超低压环境下快速、低成本、一体化制备基体材料表面长寿命、耐高温、高温抗水-氧腐性能优异的复相环境障涂层。

为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种在基体材料上形成的复相环境障涂层，所述复相环境障涂层自基体材料向外依次包括硅粘结层、莫来石层和由硅酸镥与硅酸钪混合而成的Lu₂SiO₅-Sc₂Si₂O₇复相陶瓷层。