[实用新型]热膨胀系数梯度粘结层的热障涂层

说明书

本实用新型提供了一种热膨胀系数梯度粘结层的热障涂层，其包括超音速喷涂粘结层和等离子喷涂YSZ面层，所述等离子喷涂YSZ面层喷涂在所述超音速喷涂粘结层上；所述超音速喷涂粘结层包括由下至上叠加的基体材料层、超音速喷涂的至少两层粘结层，所述等离子喷涂YSZ面层喷涂在最上方的所述粘结层上。本实用新型采用双层不同氧化物含量的MCrAlY底层，使粘结层具备了热膨胀系数梯度，改善了粘结层和等离子喷涂YSZ面层的热膨胀系数匹配差问题，并且有致密MCrAlY底层，保证金属基体不被氧化并具备与基体较好的结合力。因此，提高了整个涂层体系的综合性能，并且该粘结层制备方法简单，制备过程不需要更换设备或粉末，大大降低了制造成本和加工时间。

技术领域

本实用新型涉及航空发动机及燃气轮机技术领域，特别涉及一种热膨胀系数梯度粘结层的热障涂层。

背景技术

在航空发动机及燃气轮机技术领域中，热障涂层(thermal barrier coating,TBC)系统广泛应用在航空发动机和燃气轮机中，用于减少热端部件在工作环境中的高温氧化及热腐蚀，并提高燃机工作效率。典型的热障涂层系统主要由陶瓷面层(多为氧化钇稳定氧化锆YSZ)和MCrAlY(其中M代表Ni，Co或二者兼有)金属粘结层组成的双层结构。陶瓷层具有较低的热传导率，为部件提供隔热保护，金属粘结层既可提高陶瓷隔热层和基体之间的粘结强度，又能有效阻止金属基体被氧化和热腐蚀。

目前，普遍采用的是等离子喷涂MCrAlY涂层或超音速喷涂MCrAlY涂层作为底层，等离子喷涂YSZ面层的涂层体系。超音速喷涂MCrAlY底层致密度高，抗氧化性能良好，但其热膨胀性能更接近于金属，热膨胀系数高，与等离子喷涂YSZ面层的热膨胀系数匹配差，并且其表面粗糙度低，与等离子喷涂YSZ面层结合力差，导致使用时热循环寿命低。等离子喷涂MCrAlY底层表面粗糙度高，与等离子喷涂YSZ面层结合力好，并且内部氧化物(主要为Al₂O₃，热膨胀系数7.2-8.6×10-6/℃)含量高，一定程度上降低了MCrAlY热膨胀系数，使其更接近等离子喷涂YSZ面层。但底层抗氧化性能不好，与基体的结合力也差，难以满足高性能航空发动机及燃气轮机叶片热端部件对长寿命、高可靠性热障涂层的需求。

因此，现在实际应用中的热障涂层在长时间服役后容易出现剥落，而导致涂层和整个组件失效。一般间隔一定的时间，需要对燃气轮机热端部件进行大修。

综上原因，为了提高涂层使用寿命，行业内前期通常采用不同工艺(如超音速+等离子)或不同成分粉末来制备双层或多层的粘结层，使其具备即与等离子喷涂YSZ面层的热膨胀系数匹配好又能阻止基体氧化等综合性能热障涂层。但是，上述方法在加工过程中均增加了换工艺设备或粉末的工序，大大提高了制造成本和加工时间。

经过大量的试验和研究表明，超音速喷涂MCrAlY涂层的热障涂层热循环失效主要是在等离子喷涂YSZ面层的部分或者整体剥落，其主要原因是YSZ面层和金属粘结层以及热氧化生长层(TGO)层的线膨胀系数差异较大，经过高温低温的反复热循环，涂层出现剥落。通过控制超音速喷涂MCrAlY涂层的工艺参数可以控制内部氧化物的含量，经过热循环考核发现，当氧化物含量为20％左右时涂层热循环寿命有显著提高。

有鉴于此，本领域技术人员研制了一种热膨胀系数梯度粘结层的热障涂层，以期克服上述问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中热障涂层容易剥落，加工工艺和工序的成本高，时间长等缺陷，提供一种热膨胀系数梯度粘结层的热障涂层。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种热膨胀系数梯度粘结层的热障涂层，其特点在于，所述热障涂层包括超音速喷涂粘结层和等离子喷涂YSZ面层，所述等离子喷涂YSZ面层喷涂在所述超音速喷涂粘结层上；