[发明专利]一种多层结构钡长石环境屏障涂层及其用途和制备方法

说明书

本发明涉及一种耐高温耐腐蚀涂层，具体涉及一种多层结构钡长石环境屏障涂层及其用途和制备方法，以解决现有技术中存在的硅基非氧化物陶瓷的环境屏障涂层材料层间热膨胀系数不匹配，易引起贯穿裂纹、开裂和剥落现象，导致涂层失效、基体材料氧化的问题。该涂层包括粘结层、组合中间层和面层，粘结层为覆盖在基体表面的硅层，组合中间层包括覆盖在硅层上的莫来石层，以及覆盖在莫来石层上的莫来石和掺锶钡长石混合层，面层为覆盖在莫来石和掺锶钡长石混合层上的掺锶钡长石层；粘结层厚度为90‑120μm，组合中间层厚度为90‑140μm，面层厚度为120‑160μm，涂层总厚度≥300μm。该涂层所使用的基体材料为SiC基体、C/SiC复合材料基体或SiC/SiC复合材料基体。

技术领域

本发明涉及一种耐高温耐腐蚀涂层，具体涉及一种多层结构钡长石环境屏障涂层及其用途和制备方法。

背景技术

随着航空发动机向大推力、高效率、低油耗的趋势发展，航空发动机所服役的环境条件将更加苛刻。为了实现航空发动机在高推重比及高效能上的突破，必须提高发动机中燃气的温度，而燃气温度的提高势必造成高压涡轮热端部件表面温度的提高，同时也对航空发动机热端部件材料提出更加严峻的考验。

鉴于航空发动机热端服役于高温、水氧腐蚀环境，且需满足疲劳载荷、超长寿命要求等特点，对于传统高温合金的热端部件材料，常使用热障涂层(Thermal BarrierCoatings，TBCs)对其进行高温防护，而对于新一代热端部件材料——陶瓷基复合材料则采用环境屏障涂层(Environment Barrier Coatings，EBCs)，以保护其免受水蒸气、熔盐、火山灰及其他环境因素腐蚀。环境屏障涂层是一种重要的热喷涂功能涂层，其能够在高温结构材料和发动机恶劣环境(如腐蚀性介质、高速气流冲刷等)间建立一道屏障，在发动机恶劣环境中对基体材料起到保护作用，以阻止或减小发动机环境对陶瓷基复合材料性能的影响，因而被广泛应用于航空发动机领域，其对提高发动机效率、增进推重比进而提升发动机整体性能具有重要意义。

目前，针对硅基非氧化物陶瓷的环境屏障涂层，在不高于1200℃的工作环境中多采用莫来石底层和氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)顶层这种双层涂层结构，尽管氧化钇部分稳定的氧化锆具有优异的抗水氧侵蚀性能，可以对莫来石层形成保护，但由于其热膨胀系数约为莫来石的两倍，涂层材料在实际服役过程中存在层间热膨胀系数不匹配的问题，易产生贯穿裂纹，进而发生开裂和剥落现象，导致涂层失效、基体材料氧化。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的硅基非氧化物陶瓷的环境屏障涂层材料层间热膨胀系数不匹配，易引起贯穿裂纹、开裂和剥落现象，导致涂层失效、基体材料氧化的问题，而提供了一种多层结构钡长石环境屏障涂层及其用途和制备方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种多层结构钡长石环境屏障涂层，其特殊之处在于：

包括粘结层、组合中间层和面层；

所述粘结层为覆盖在基体表面的硅层；

所述组合中间层包括覆盖在硅层上的莫来石层，以及覆盖在莫来石层上的莫来石和掺锶钡长石混合层；

所述面层为覆盖在莫来石和掺锶钡长石混合层上的掺锶钡长石层；

所述粘结层厚度为90-120μm，组合中间层厚度为90-140μm，面层厚度为120-160μm，涂层总厚度≥300μm。

进一步地，所述莫来石和掺锶钡长石混合层的材料为莫来石和掺锶钡长石混合粉末，其中莫来石与掺锶钡长石的质量比为1：1-1.2。

进一步地，所述莫来石和掺锶钡长石混合粉末中，莫来石与掺锶钡长石的质量比为1：1。

进一步地，所述粘结层厚度为90-100μm，组合中间层厚度为90-110μm，面层厚度为120-140μm，涂层总厚度为300-350μm。