[发明专利]一种YSZ/石墨烯复合封严涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种YSZ/石墨烯复合封严涂层及其制备方法，属于封严涂层技术领域。所述封严涂层是以YSZ/石墨烯复合粉体为原料在基体上制备的一层厚度不小于0.1mm的涂层，该封严涂层以石墨烯掺杂的YSZ为原料，不仅提高了封严涂层整体的韧性和耐磨性，还可以增强封严涂层的热稳定性，满足封严涂层在高温服役环境下的要求。采用等离子喷涂工艺制备该封严涂层，通过优化工艺参数可以使YSZ/石墨烯复合粉体在喷涂过程中充分熔融且不发生分解，获得高致密度的涂层，该工艺操作简单，易于控制，生产效率高，成本低，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种YSZ/石墨烯复合封严涂层及其制备方法，属于封严涂层技术领域。

背景技术

随着航空涡轮发动机向高流量比、高推重比和高进口温度的方向发展，提高发动机工作效率成为当前航空发动机研究的热门方向。研究表明，叶尖间隙对压气机和涡轮效率、发动机功率和油耗率有重要影响。间隙过大，会引起喘振；间隙过小，旋转中的动、静部件有相互干摩擦的危险。封严涂层技术是常用的减少间隙又能缓冲干摩擦，避免损伤叶片的有效方法之一。因此，封严涂层需具有良好的耐磨性、抗氧化性、耐热性好，硬度适中，较强的结合强度。

为了满足上述性能需求，封严涂层一般由基相，润滑相和孔隙组成。目前，发动机的工作温度已达1200℃以上，对涂层的高温热腐蚀和组织结构稳定性造成极大挑战。氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)是一种理想的耐高温材料，具有熔点高(2953K)、导热小、硬度高、弹性好、韧度高、抗热震、抗氧化、耐腐蚀、稳定性好等优异特性，但是在温度超过1200℃时，YSZ容易发生相变和烧结，导致YSZ涂层失效。因此，亟需研发一种新的封严涂层，满足发动机高温段气路封严需求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种YSZ/石墨烯复合封严涂层及其制备方法，该封严涂层不仅对发动机高温气路具有很好的封严效果，同时具有良好的耐磨性和韧性，能够在发动机服役温度区间保持良好的高温热稳定性，有利于进一步提高航空发动机推动力以及工作效率；另外，采用等离子喷涂工艺制备该涂层，可以通过调控工艺参数获得高致密度的涂层，该工艺简单、易于控制、生产效率高且成本低。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种YSZ/石墨烯复合封严涂层，所述封严涂层是以YSZ/石墨烯复合粉体为原料在基体上制备的一层厚度不小于0.1mm的涂层；

其中，YSZ/石墨烯复合粉体中YSZ与石墨烯的质量比为26～83:1。

进一步地，基体优选金属单质或合金。

进一步地，所述封严涂层的厚度优选0.1mm～0.3mm。

进一步地，所述YSZ/石墨烯复合粉体是采用喷雾干燥造粒和感应等离子球化工艺制备得到的熔融共晶态复合粉体。

进一步地，所述YSZ/石墨烯复合粉体的粒径优选10μm～60μm。

一种本发明所述封严涂层的制备方法，所述方法的具体步骤如下：

步骤1.对基体的待喷涂表面进行清洁和粗糙化处理，使粗糙度(Ra)达到3μm～7μm；

步骤2.对基体进行预热处理，控制基体温度为100℃～200℃；

步骤3.采用等离子喷涂工艺将YSZ/石墨烯复合粉体喷涂在基体上，且喷涂过程中采用压缩空气对基体进行冷却，在基体上形成YSZ/石墨烯复合封严涂层；

其中，等离子喷涂工艺喷的工艺参数如下：主气(氩气)流量为75L/min～90L/min，辅气(氦气)流量为30L/min～45L/min，载气(氩气)流量为8L/min，电流为800A～900A，喷涂距离为80mm～85mm，送粉率4RPM。

进一步地，所述YSZ/石墨烯复合粉体是采用如下方法制备的：