[发明专利]一种具有抗熔融CMAS侵蚀的热障涂层及制备方法

说明书

一种具有抗熔融CMAS侵蚀的热障涂层及制备方法，涉及热障涂层表面腐蚀与防护技术领域。本发明前期在热障涂层表面制备出带有微米乳突的结构，然后在微米乳突结构上制备一层具有疏水性的纳米绒毛。提高熔融CMAS在其表面的接触角，降低了熔融CMAS在热障涂层表面的浸润性，从而阻挡CMAS侵入涂层内部，保护了热障涂层。

技术领域

本发明涉及热障涂层表面腐蚀与防护技术领域，具体为一种具有抗CMAS侵蚀的热障涂层及制备方法。

背景技术

在航空发动机的发展历程中，推重比是最重要的一环。随着推重比的不断提高，涡轮前燃气进口温度也会大幅度的提高，到第四代战斗机时，燃气进口温度已达到了1650℃，单纯的依靠改善高温合金技术已经很难满足航空发展的需要。在上世纪六十年代，美国航空航天局提出了热障涂层这一概念，即在高温合金基底表面涂覆一层耐高温、隔热性能好的防护涂层，来达到降低合金表面温度的目的。

在飞机运行过程中，会不可避免的吸入沙尘、尘埃等物质，这些物质主要是氧化钙、氧化镁、氧化铝和氧化硅的混合物(CMAS)。在发动机的高温环境下，此类混合物会熔融并渗透到热障涂层表面。由于CMAS与热障涂层的热膨胀系数不一致，在发动机运行过程中会使热障涂层开裂、失效。

目前，CMAS的腐蚀防护措施主要有以下三种方式：

(1)物理防护，即在热障涂层表面加一层致密层，阻挡CMAS渗入热障涂层内部。目前存在的技术问题是致密层的热膨胀系数低，在服役过程中往往会由于热应力过大而剥落。

(2)化学防护，即在热障涂层表面涂覆一层化学防护层，防护材料会与CMAS反应后生成致密的新相，阻碍CMAS向热障涂层渗入。目前存在的技术问题是，CMAS会在热障涂层表面积累，厚度不断增加，会降低涂层的寿命。

(3)改善YSZ涂层的成分，掺杂能够使CMAS结晶化的物质，阻碍CMAS熔体的渗入。目前存在的技术问题是，由于涂层内部仍然有孔隙与裂缝，不能完全阻挡CMAS的渗入。

针对以上方法的缺点，本发明前期在热障涂层表面制备出带有微米乳突的结构，然后在微米乳突结构上制备一层具有疏水性的纳米绒毛。提高熔融CMAS在其表面的接触角，降低了熔融CMAS在热障涂层表面的浸润性，从而阻挡CMAS侵入涂层内部，保护了热障涂层。

发明内容

为了有效解决熔融CMAS对热障涂层的侵蚀导致其失效等问题，本发明提供了一种新型抗CMAS侵蚀的热障涂层及制备方法，可以有效的改善热障涂层抗CMAS腐蚀性能，提高热障涂层的稳定性。

本发明的技术方案是前期在热障涂层陶瓷层表面制备直径为10-120μm、高度为20-50μm、间距为30-120μm的微米乳突阵列结构，利用浸渍技术或旋转涂覆技术在陶瓷层表面的沉积制备一层氧化钇-石墨烯复合涂层或氧化锆-石墨烯复合涂层。石墨烯具有疏水特性，其镶嵌在乳突表面构成了纳米绒毛，同时此结构类似于具有自清洁仿生功能的荷叶结构，能有效的防止熔融的CMAS附着在陶瓷层表面，从而提高了热障涂层的抗CMAS侵蚀能力。

一种具有抗CMAS侵蚀的热障涂层，其特征在于：所述的热障涂层从下至上依次由待加工的高温合金基底、粘结层、陶瓷层、氧化钇-石墨烯复合涂层或氧化锆-石墨烯复合涂层组成；陶瓷层表面具有微米级的乳突阵列结构；

特别的氧化钇-石墨烯复合涂层或氧化锆-石墨烯复合涂层的改性结构上有由石墨烯构成的纳米绒毛结构特征；同时氧化钇-石墨烯复合涂层或氧化锆-石墨烯复合涂层延续了陶瓷层表面的乳突阵列结构即氧化钇-石墨烯复合涂层或氧化锆-石墨烯复合涂层为乳突阵列结构。

本发明所述的一种具有抗CMAS侵蚀的热障涂层及制备方法，其特征在于，具体的制备步骤如下：