[发明专利]一种氧化物/氧化物复合材料表面环境障涂层的制备方法

说明书

本发明属于陶瓷基复合材料防护涂层制备技术领域，具体涉及一种氧化物/氧化物复合材料表面环境障涂层的制备方法。所述的防护涂层由两层构成：底层为氧化钇涂层，面层为氧化钇、硅酸钇和钇铝石榴石组成的混合层。底层采用高能等离子喷涂的方法制备，面层采用低压等离子的方法制备。本发明中的防护涂层具有与基体热匹配度高、界面兼容性能好、表面硬度和抗高温水汽腐蚀性能优异等优势，可有效解决氧化物陶瓷基复合材料防护涂层热冲击寿命低，以及抗熔盐腐蚀、外来颗粒物损伤、液态水渗入能力不足的难题；本发明方法具有沉积效率高、成本低、涂层均匀性好等优点，可实现氧化物纤维增强氧化物复合材料构件表面环境障涂层的快速和低成本制造。

技术领域

本发明属于陶瓷基复合材料防护涂层制备技术领域，具体涉及一种氧化物/氧化物复合材料表面环境障涂层的制备方法。

背景技术

陶瓷基复合材料具有低密度、高比强、耐高温、抗氧化、高韧性等优点，有望替代传统Ni基合金或单晶Ni基合金作为航空发动机的燃烧室、火焰稳定器、内锥体、尾喷管和涡轮外环等部件用结构材料。与SiC_f/SiC复合材料相比，氧化物纤维增强氧化物复合材料的抗氧化性能更好、成本更低，有可能在1000℃～1500℃燃气环境中长期使用。然而，氧化物纤维增强氧化物复合材料仍然受到液态水渗入、熔盐腐蚀、外来颗粒物等的影响。

目前，针对SiC_f/SiC等非氧化物基复合材料已经形成了较为完善环境障涂层体系，如CN 109336647公开了一种包含硅层、硅酸镱层、硅酸镱层与氧化哈混合层和氧化哈层组成的多层结构环境障涂层；CN 108911791提出了一种SiC层、双稀土硅酸盐层和稀土硅酸盐层组成的多层结构环境障涂层用于非氧化物基复合材料表面防护；CN201380027664.0公开了一种耐环境包覆的含硅化物陶瓷基复合材料构件及其制造方法，其中包含SiC层、硅层、富铝红柱石和硅酸镱混合层和氧化物层组成的多层结构环境障涂层。由于氧化物纤维增强氧化物复合材料热物理性能与SiC_f/SiC等非氧化物基复合材料存在较大差异(如氧化铝纤维增强氧化铝复合材料热膨胀系数为～9×10^-6K^-1，SiC_f/SiC复合材料热膨胀系数为～4×10^-6K^-1)，传统结构环境障涂层体系由于热不匹配和硬度低等问题，无法满足氧化物纤维增强氧化物复合材料防护要求。

发明内容

为解决现有技术问题，本发明目的在于提供一种氧化物纤维增强氧化物复合材料表面环境障涂层的制备方法。面层采用低压等离子的方法制备。本发明中的防护涂层具有与基体热匹配度高、界面兼容性能好、表面硬度和抗高温水汽腐蚀性能优异等优势，可有效解决氧化物陶瓷基复合材料防护涂层热冲击寿命低，抗熔盐腐蚀、外来颗粒物损伤、液态水渗入能力不足的难题；本发明方法具有沉积效率高、成本低、涂层均匀性好等优点，可实现氧化物纤维增强氧化物复合材料构件表面环境障涂层的快速和低成本制造。

为了实现上述目的，本发明提供了一种氧化物/氧化物复合材料表面环境障涂层的制备方法，所述的防护涂层由两层构成：底层为氧化钇涂层，面层为氧化钇、硅酸钇和钇铝石榴石组成的混合层。制备过程如下：

1)前处理：首先，采用丙酮对在氧化物/氧化物陶瓷基复合材料表面进行擦拭，表面用压缩空气吹干后，采用脉冲激光器对待喷涂表面进行选区烧蚀处理，烧蚀层深度为5μm～10μm；

2)底层喷涂：采用高能等离子喷涂工艺在氧化物/氧化物陶瓷基复合材料表面制备氧化钇底涂层，涂层厚度为50μm～100μm，涂层孔隙率≤5.0％，喷涂过程基体温度控制在400℃～600℃；

3)面层喷涂：采用低压等离子喷涂工艺在氧化钇底涂层表面喷涂氧化钇、硅酸钇和钇铝石榴石的混合面层，面层厚度200μm～250μm。喷涂过程中应对基体温度进行准确控制，基体温度控制范围为850℃～900℃，面层中非晶相含量应不高于5.0％，涂层硬度不低于HV650；