[发明专利]一种热障涂层的液相喷涂制备方法及热障涂层

说明书

本发明公开了一种热障涂层的液相喷涂制备方法及热障涂层，其采用YbSZ粉末与去离子水混合并球磨而成的悬浊液作为喷涂原料，将所述悬浊液通过二流式雾化喷嘴送入等离子射流，并沉积在基体上形成热障涂层。该热障涂层为具有垂直裂纹结构、孔隙均匀分布且高结晶度的纳米结构热障涂层。本发明采用YbSZ粉末与去离子水混合并球磨而成的悬浊液作为喷涂原料，替代现有的微米级团聚粉末及液相前驱体溶液，所制得的热障涂层具有垂直裂纹的纳米结构涂层，该涂层结晶度及纳米程度高，强度高，生产工艺简单，生产效率高。

技术领域

本发明属于热障涂层技术领域，特别是涉及一种以溶液悬浊液代替常规等离子喷涂工艺中团聚粉末以及液相前驱体溶液制备具有垂直裂纹结构、孔隙均匀分布且高结晶度的纳米结构热障涂层的方法。

背景技术

随着航空燃气涡轮发动机向高流量比、高推重比方向发展，涡轮发动机进口温度进一步提高，从而可以提高发动机效率。现有的金属材料单独使用已经不能满足设计及使用要求。热障涂层(TBCs)是利用陶瓷材料优越的耐高温、抗腐蚀和热导率低等性能，以涂层的方式将陶瓷与金属基体相复合，增强热端部件的抗高温氧化能力和抗腐蚀能力，延长热端部件使用寿命，提高发动机效率的一种表面防护技术。

目前，热障涂层普遍采用陶瓷层和粘结层双层结构材料，陶瓷层的材料为8wt％Y₂O₃-ZrO₂(8YSZ)，该材料被认为是一种标准的陶瓷隔热涂层材料，具有较高的热膨胀系数，较低的热导率及良好的抗热冲击性，但长期使用温度不能超过1200℃。在1200℃以上，亚稳四方相转变为四方相和立方相，然后转变为单斜相，产生体积膨胀，导致涂层剥落失效，从而降低热障涂层的寿命。

传统的大气等离子喷涂制备纳米结构热障涂层需要有复杂的造粒过程，成本高，且在喷涂过程中纳米晶粒均有不同程度的长大，导致所制备的涂层不一定为纳米结构，层间结合较差，使涂层抗热震性能较低。液相前驱体溶液等离子喷涂可以制备具有垂直裂纹的纳米结构涂层，但涂层孔隙率较高，涂层结晶度较低、强度不够。

因此，现有技术还有待于进一步发展和改进。

发明内容

本发明提出一种热障涂层的液相喷涂制备方法及热障涂层，该方法采用研磨过筛后的YbSZ粉末与去离子水按照一定固含量配比混合并球磨形成悬浊液作为喷涂原料，将该悬浊液通过二流式雾化喷嘴送入等离子射流，并沉积在基体上形成具有垂直裂纹结构、孔隙均匀分布且高结晶度的纳米结构的热障涂层。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种热障涂层的液相喷涂制备方法，其采用YbSZ粉末与去离子水混合并球磨而成的悬浊液作为喷涂原料，将所述悬浊液通过二流式雾化喷嘴送入等离子射流，并沉积在基体上形成热障涂层。

进一步地，所述悬浊液的的制备步骤包括：

步骤1、向氧化镱中加入过量的浓硝酸及适量的去离子水，加热搅拌至完全反应，形成硝酸镱溶液；

步骤2、向步骤1中的硝酸镱溶液中加入氯氧化锆水溶液，形成混合溶液；

步骤3、采用氨水对步骤2所获得的混合溶液进行化学共沉淀滴定实验，将反应获得的氢氧化物沉淀进行烘干、煅烧、研磨过筛后获得YbSZ粉末，将YbSZ粉末与去离子水混合并球磨，形成悬浊液。

进一步地，步骤2中，以最终形成的YbSZ计算，控制所述氧化镱在所述氯氧化锆中的掺杂浓度为8wt％。

进一步地，所述悬浊液的浓度为0.8mol/L～1.0mol/L。

进一步地，所述化学共沉淀滴定实验具体为：

取一定量的氨水进行水浴加热且超声震荡，将硝酸镱与氯氧化锆的混合溶液缓慢滴定至氨水中，期间不停搅拌，连续形成絮状的沉淀，反应方程式如下所示：