[发明专利]一种热喷涂用ZrO2

说明书

本发明涉及一种热喷涂用ZrO₂/Al₂O₃复合粉体的制备方法，由配料、烘干、混料、喷雾造粒四个步骤组成，在纳米尺度上将氧化铝包裹在钇稳定过的氧化锆颗粒的表面，形成球形复合结构；该球形负荷结构在热喷涂过程中，以熔融的氧化铝作为粘结层与基材接触，使得涂层更加牢固，提高了热障碍能力；氧化铝作为每个氧化锆颗粒的防护层，隔绝了硅酸盐沉积物的侵蚀，使得涂层的寿命大大延长。

技术领域

本发明涉及金属间化合物材料制备领域，具体为一种热喷涂用ZrO₂/Al₂O₃复合粉体的制备方法。

背景技术

钇稳定氧化锆粉体因其具有很好的低热导性，高热稳定性，常被制作成燃气轮机的热障涂层，用以降低燃气轮机燃气仓内金属部件的工作温度，从而提高工作效率，但是，发动机工作过程中，会将空气中的灰尘、火山灰等硅酸盐粉尘吸入发动机，最终在高温下沉积在燃气仓内的涂层上，沉积物主要成分为硅、钙、镁、铝，这些沉积物会在高于其熔点(约1200度)时，成为熔融态，并会渗入氧化锆涂层中的裂纹、孔隙中，使得四方相氧化锆相变失稳，诱导四方相转变成单斜相，并且硅酸盐沉积物高温下产生的玻璃相使得涂层失去应变容忍性，并产生裂纹，从而对涂层造成致命的伤害，降低涂层使用寿命。

研究表明氧化铝可与硅酸盐沉积物生成较高熔点的CaAl2Si2O8和MgAl2O4，在腐蚀前端形成屏障，阻碍进一步的侵蚀，可作为氧化锆对抗高温沉积物侵蚀的防护层，并且氧化铝可以抑制涂层中氧化锆晶粒的异常长大，提高涂层的热障性能。相比于单纯的氧化锆涂层，氧化铝氧化锆复合涂层在应用时表现出更优异的性能，然而在公开的专利中，氧化铝、氧化锆涂层的制备方法都是通过先在基体中喷涂一层氧化锆、再喷一层氧化铝，这样得到的热障涂层虽然具备一定的抗硅酸盐侵蚀能力，但氧化锆和氧化铝的热膨胀系数相差较大，在两种涂层的界面结合处因收缩不一致，容易产生应力集中，最终导致开裂脱落，这种涂层的寿命一般较短。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种热喷涂用ZrO₂/Al₂O₃复合粉体的制备方法，本制备方法步骤简单，在纳米尺度上将氧化铝包裹在钇稳定过的氧化锆颗粒的表面，形成球形复合结构。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种热喷涂用ZrO2/Al2O3复合粉体的制备方法，包括如下步骤：

(1)预制含氧氯化锆的锆液，然后加入氧化钇溶解，在40℃-60℃溶解，得到锆钇复合溶液；

(2)将上述锆钇复合溶液用氨水调节PH至8.5-9.5，得到锆钇混合浆料；

(3)将上述锆钇混合浆料进行漂洗、烘干、热分解反应，得到锆钇复合粉体；

(4)配置可溶性铝盐溶液，然后将铝盐溶液用氨水调节PH至4.0-5.0，搅拌24h，然后再陈化24h，得到铝溶胶；

(5)将上述铝溶胶与锆钇复合粉体混合，然后进行球磨、砂磨、喷雾造粒处理，得到球形铝-锆-钇复合粉体；

(6)将上述球形铝-锆-钇复合粉体高温煅烧，得到适用于热喷涂用氧化锆氧化铝复合粉体。

进一步的，所述步骤(1)中锆液的浓度为0.1-1mol/L，氧化钇的添加量占锆液中氧化锆含量的5wt％-10wt％。

进一步的，所述步骤(3)中热分解的温度在900-1100℃之间。

进一步的，所述步骤(4)中铝盐溶液的浓度在0.1-1mol/L之间；铝盐采用氯化铝、硫酸铝或硝酸铝。

进一步的，所述步骤(5)中铝溶胶按照其中含有的氧化铝粉体含量添加，锆钇复合粉体与氧化铝粉体的质量比为4～19。