[发明专利]一种具有“砖-泥”层状结构的陶瓷基封严涂层制备方法

说明书

一种“砖‑泥”层状结构陶瓷基封严涂层的制备方法。其包括含钇铝石榴石的组合物制备；含钇铝石榴石的陶瓷基团聚粉末制备；“泥”层有机溶剂制备；金属粘结层制备；含钇铝石榴石的陶瓷基封严涂层制备；“泥”层制备；完成具有“砖‑泥”层状结构的陶瓷基封严涂层制备等步骤。本发明成本低，制备过程较简便，只需使用少量异丙醇和MK树脂，在等离子喷涂陶瓷基封严涂层基础上，喷涂若干层由异丙醇和MK树脂配制的“泥”层，即可制备出具有“砖‑泥”层状结构的陶瓷基高温封严涂层。热循环寿命高，通过热循环过程中“泥”层的微开裂来消耗能量，释放残余应力，降低涂层整体的裂纹扩展驱动力，从而提高了陶瓷基封严涂层的热循环寿命。

技术领域

本发明属于陶瓷基封严涂层结构设计与优化技术领域，特别是涉及一种具有“砖-泥”层状结构的陶瓷基封严涂层制备方法。

背景技术

陶瓷基封严涂层一般是一种复杂的多层复合系统，通常包括镍基高温合金基底、金属粘接层(BC层)、热生长氧化物层(TGO层)和陶瓷面层(TC层)。在服役过程中，陶瓷基封严涂层的复杂体系结构和恶劣的服役环境会导致该涂层在使用过程中产生失效，包括在海洋大气环境中的盐溶液电化学与热腐蚀、高速气流中夹杂物的机械冲蚀、高温燃气氧化作用造成的热老化、高低温冲击造成的疲劳开裂等。其中影响最显著的是热循环过程中陶瓷面层的疲劳开裂，因为陶瓷面层的开裂和脱落会引起该涂层直接失效，导致涂层失去封严功能，成为陶瓷基封严涂层在应用过程中亟需解决的问题。

在热喷涂陶瓷基面层的热循环性能优化方面，国内外科研人员已经取得了一些成果。早期科研人员利用电子束物理气相沉积(EB-PVD)的方法可以制备出“柱状”结构的陶瓷面层，通过无数个“柱间”纵向的微开裂可以有效释放热循环过程中的TGO层生长应力和热失配应力，所以EB-PVD方法制备的陶瓷面层具有较好的热循环性能，但是EB-PVD的成本昂贵，涂层沉积效率极低，不适合大型部件的涂层制备和商业应用。近10年提出的悬浮液等离子喷涂技术(SPS)、等离子物理气相沉积技术(PS-PVD)等均可制备类似“柱状”结构的涂层，在不同程度上提高了陶瓷面层的热循环性能，但是这些方法对原材料提出了很高的要求，同时设备昂贵，工艺复杂，在成本控制方面没有太大优势。近几年提出了一种利用纵向裂纹释放残余应力的方法，利用表面集中加热的方式使陶瓷面层产生垂直于涂层方向的纵向裂纹，通过纵向裂纹可以减缓陶瓷面层和TGO界面处的应力集中，以释放TGO层生长应力和热失配应力，延长涂层热循环寿命。这种方法工艺简单、成本低，但是纵向裂纹是通过表面集中加热的方式产生，密度不高且分布不均匀，对涂层热循环性能提高的效果有限，因此应用受到很大的限制。

以上研究均是采用某种技术或方法针对陶瓷涂层进行显微形态的优化，通过释放热循环过程中不断增长的TGO层生长应力和陶瓷面层/TGO层界面处的热失配应力，来提高陶瓷面层的抗热循环开裂性能，然而上述方法依然面临着制备成本高、生产效率低、技术难度大、效果较差等难题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有“砖-泥”层状结构的陶瓷基封严涂层制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供的具有“砖-泥”层状结构的陶瓷基封严涂层制备方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)含钇铝石榴石的组合物制备：利用球磨机分别将钇铝石榴石、氧化钇稳定氧化锆(YSZ)和聚苯酯进行破碎而制成粉末，然后与六偏磷酸钠、聚乙二醇(PEG)和聚乙烯醇(PVA)均匀混合而制备成含钇铝石榴石的组合物；

2)含钇铝石榴石的陶瓷基团聚粉末制备：利用喷雾造粒机将上述含钇铝石榴石的组合物制备成含钇铝石榴石的陶瓷基团聚粉末；

3)“泥”层有机溶剂制备：利用磁力搅拌器将作为溶剂的异丙醇和作为溶质的MK树脂搅拌而制备成“泥”层有机溶剂；

4)金属粘结层制备：利用等离子喷涂技术将CoCrAlY粉末喷涂在镍基合金基体的表面而制备成金属粘结层；