[发明专利]一种薄壁罩体零件耐高温复合涂层及制备方法

说明书

本发明涉及一种薄壁罩体零件耐高温复合涂层及制备方法，属于表面耐高温涂层技术领域。本发明公开了一种薄壁罩体零件耐高温复合涂层，沿远离零件表面的方向，依次包括喷砂层、金属粘结层、氧化锆陶瓷中间层、稀土铝酸盐陶瓷外层；通过先对罩体零件固定安装在喷涂工装上进行喷砂，再采用大气等离子喷涂工艺在喷砂层上依次制备金属粘结层、氧化锆陶瓷中间层、稀土铝酸盐陶瓷外层，得到罩体零件耐高温复合涂层。解决了现有技术中薄壁罩体零件基体在制备涂层中，产生较大的变形和结合力不够的问题。实现了降低基体的变形风险，同时保障基体与涂层界面的结合力。

技术领域

本发明涉及表面热障涂层技术领域，尤其涉及一种薄壁罩体零件耐高温复合涂层及制备方法。

背景技术

随着科技的发展，对热端部件工作温度的要求越来越高，例如航天航空用发动机为了提高推重比和热效率，降低能耗，燃烧室的燃气温度已超过1650℃，并且有继续升高的趋势，高温下工作的结构件通常采用镍基高温合金，一般最高工作的温度只能达到1200℃，且再提高其高温性能的空间十分有限。利用低热传导率的具有良好隔热性能的热障涂层，可对热端部件进行隔热和热保护，根据实际工况需求，薄壁罩体零件热障涂层结合强度一般要求在25Mpa以上。

薄壁罩体零件材质一般为高温合金或钛合金，平均厚度为2mm，半径一般为300mm左右，厚度与半径比非常小，极容易在喷涂过程中变形；反复喷涂研究表明，高温合金材料的涂层平均结合强度优于钛合金，钛合金的平均结合强度往往不能达到结合强度要求。

采用喷砂技术对薄壁罩体零件进行表面粗化处理，可达到等离子喷涂工艺要求的粗糙度，使热障涂层结合强度提高，但喷砂压力会使薄壁罩体零件在喷砂中产生变形，其变形大大影响该零件喷涂热障涂层的结合强度。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种薄壁罩体零件耐高温复合涂层及制备方法，用以解决现有喷砂及喷涂工艺中容易使薄壁罩体零件产生变形的问题。

一方面，本发明提供了一种薄壁罩体零件耐高温复合涂层，沿远离罩体零件表面的方向，依次包括喷砂层、金属粘结层、氧化锆陶瓷中间层、稀土铝酸盐陶瓷外层；

喷涂所述喷砂层时，通过控制零件内外的压力差值控制喷砂形变量。

进一步地，所述喷砂的工艺参数与零件内外的压力差值，满足以下公式：

其中，F-内外螺栓对零件的压力差值，单位：N；

R-零件半径，单位：mm；

A-砂料粒径，单位：目；

B-喷砂压力；单位：Mpa；

C-喷砂距离；单位：mm；

D-喷砂速率；单位：cm/s；

进一步地，喷砂层粗糙度Ra为3～8μm。

进一步地，所述稀土铝酸盐陶瓷外层为将稀土氧化物与Al₂O₃、MgO采用高温固相合成得到稀土铝酸盐粉末经喷雾干燥处理得到的稀土铝酸盐喷涂粉末的大气等离子喷涂层；

所述高温固相合成的温度为1000～1600℃，时间为12～64h。

本发明还提供了一种薄壁罩体零件耐高温复合涂层的制备方法，用于制备上述的复合涂层，所述制备方法包括以下步骤：

步骤1：将待喷涂罩体零件固定于防形变喷涂工装上；

步骤2：确定喷砂的工艺参数，确定工装内外螺栓对零件的压力差值，使其满足以下公式：

其中，F-内外螺栓对零件的压力差值，单位：N；