[发明专利]一种共晶陶瓷热障材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种共晶陶瓷热障材料及其制备方法，涉及复合材料技术领域。本发明提供的共晶陶瓷热障材料，包括依次叠层设置的镍基高温合金基体、中间结合层和共晶陶瓷熔覆层；所述中间结合层包括NiCoCrAlY结合层；所述共晶陶瓷熔覆层包括Al₂O₃/GdAlO₃二元共晶陶瓷涂层或Al₂O₃/GdAlO₃/ZrO₂三元共晶陶瓷涂层。本发明提供的共晶陶瓷热障材料耐高温、抗氧化性能好，力学性能优异。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种共晶陶瓷热障材料及其制备方法。

背景技术

镍基高温合金因具有良好的综合性能，例如优良的高温强度、抗蠕变性能、高疲劳寿命等，成为现代涡轮喷气式航空发动机、火箭发动机等航空航天领域关键热端部件的最佳候选材料。随着航空技术的迅猛发展，航空领域热端部件的服役环境更为复杂严峻，其工作环境温度已接近1400℃，且有望突破2000℃。

而目前热端部件使用的镍基高温合金最高温度仅为1080℃，且随温度的升高，氧化程度不断加剧，强度、韧性、硬度等性能随之下降，成为制约镍基高温合金发展的主要障碍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种共晶陶瓷热障材料及其制备方法，本发明提供的共晶陶瓷热障材料中共晶陶瓷熔覆层与镍基高温合金基体的结合强度高，耐高温、抗氧化性能好，力学性能优异。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种共晶陶瓷热障材料，包括依次叠层设置的镍基高温合金基体、中间结合层和共晶陶瓷熔覆层；所述中间结合层包括NiCoCrAlY结合层；所述共晶陶瓷熔覆层包括Al₂O₃/GdAlO₃二元共晶陶瓷涂层或Al₂O₃/GdAlO₃/ZrO₂三元共晶陶瓷涂层。

优选地，所述镍基高温合金基体包括IN718高温合金基体；所述镍基高温合金基体的厚度为2～100mm。

优选地，所述中间结合层的厚度为50～200μm。

优选地，所述共晶陶瓷熔覆层的厚度为300～750μm。

本发明提供了上述技术方案所述共晶陶瓷热障材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将镍基高温合金粉末进行基体层激光熔覆，层层堆积得到镍基高温合金基体；

(2)将NiCoCrAlY粉末在所述镍基高温合金基体的表面进行中间结合层激光熔覆，层层堆积得到中间结合层；

(3)将共晶陶瓷粉末在所述中间结合层的表面进行共晶陶瓷涂层激光熔覆，层层堆积得到共晶陶瓷熔覆层，进而得到共晶陶瓷热障材料；所述共晶陶瓷粉末包括Al₂O₃-Gd₂O₃球形粉末或Al₂O₃-Gd₂O₃-ZrO₂球形粉末。

优选地，步骤(1)所述基体层激光熔覆为光纤激光熔覆。

优选地，步骤(2)所述中间结合层激光熔覆为光纤激光熔覆。

优选地，步骤(3)所述共晶陶瓷涂层激光熔覆为二氧化碳激光熔覆。