等离子蒸发沉积一种准柱状结构热障涂层陶瓷层及其制备方法与流程

文档序号:12458157阅读:228来源:国知局
等离子蒸发沉积一种准柱状结构热障涂层陶瓷层及其制备方法与流程

本发明属于热障涂层技术领域,涉及一种准柱状结构热障涂层陶瓷层的制备方法,更具体是指用等离子蒸发沉积技术快速制备一种高隔热、抗热震性能好、结合强度高、具有多晶准柱状结构的热障涂层陶瓷层。



背景技术:

热障涂层(Thermal Barrier Coatings),简称TBCs,是利用陶瓷材料优越的耐高温、抗腐蚀和高隔热性能,以涂层形式将陶瓷与金属基体相复合,提高金属热端部件的工作温度,增强热端部件的抗高温氧化能力,延长热端部件的使用寿命,提高发动机效率的一种表面防护技术。当前应用最广泛,综合性能最优异的热障涂层陶瓷层材料是氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ,ZrO2+6~8wt.%Y2O3)。而包括镧系锆酸盐和铈酸盐在内的新型热障涂层陶瓷层材料以其低热导率和高温稳定性而越来越受到人们的关注。

目前,制备热障涂层的方法主要有等离子喷涂(Plasma Spray)和电子束物理气相沉积技术(Electron Beam Physical Vapor Deposition,EB-PVD)。等离子喷涂技术的优势在于喷涂效率高,隔热效果好。然而,由于涂层一般为片层状结构,且与基体间的结合方式为机械结合,因而涂层的应变容限较低,抗热循环能力较差,使用寿命较低。而电子束物理气相沉积技术制备的涂层结构为纯气相原子沉积后形成的柱状晶结构,柱与柱之间存在的间隙可以释放热应力,有效地解决了等离子喷涂涂层应变容限低的问题,与APS涂层相比将热循环寿命提高了近8倍,但是电子束物理气相沉积技术的生产成本高,且沉积效率很低。

等离子蒸发沉积技术(Plasma Evaporated Deposition)是在上述两种涂层制备技术上发展起来的一种新型的热障涂层制备技术,兼具PS和EB-PVD技术的优点。等离子蒸发沉积系统的输出功率可达180kw,工作气压能降到1mbar,而且等离子射流能拉长到2m,射流直径可以增加至200~400mm。喷涂粉末被送入焰流中后部分熔化和气化,可以制备固相、液相、气相共同沉积的多晶准柱状结构涂层。研究发现,等离子蒸发沉积技术制备准柱状结构涂层的沉积效率很高、成本较低,具有很好的隔热和抗热震性能。



技术实现要素:

本发明第一个目的是提供一种具有多晶准柱状结构的陶瓷层,陶瓷层可以是单层的准柱状结构的YSZ涂层,或者是同时具有准柱状结构的双层YSZ+镧系锆酸盐/铈酸盐涂层。

本发明第二个目的是提供一种热障涂层,包括在高温合金基体上制备得到的金属粘结层、准柱状结构的陶瓷层。陶瓷层可以是单层的准柱状结构的YSZ涂层,或者是同时具有准柱状结构的双层YSZ+镧系锆酸盐/铈酸盐涂层。所述的粘结层材料分为三种:第一种为NiAlX(X选择Dy、Hf或Zr等),其组分包括40~60mol%的Ni,38~60mol%的Al,0.05~1.5mol%的X(X选择Dy、Hf或Zr等);第二种为NiAlPt,其组分包括40~60mol%的Ni,34~46mol%的Al,4~20mol%的Pt;第三种为NiCoCrAlY,其组分包括40~60wt.%的Ni,15~25wt.%的Co,16~27wt.%的Cr,5~10wt.%的Al,0.05~2wt.%的Y。

本发明第三个目的是提供等离子蒸发沉积一种准柱状结构热障涂层陶瓷层的制备方法,包括下列步骤:

第一步,高温合金基体预处理。

准备高温合金基体,分别经过120#、400#、600#、800#砂纸上打磨表面,放入丙酮中进行超声波清洗5min,然后进行喷砂预处理增加高温合金基体表面粗糙度(Ra<1),备用。

第二步,高温合金基体上制备粘结层。

采用真空等离子喷涂方法制备NiCoCrAlY金属粘结层,采用电子束物理气相沉积方法制备NiAlX(X选择Dy、Hf或Zr等)金属粘结层,或者采用电镀和包埋渗的方法制备NiAlPt金属粘结层。

金属粘结层制备完毕后取出高温合金基体并对其进行真空热处理:温度1000~1100℃,时间为3~5h,真空度7~9×10-5mbar,随炉冷却至室温后取出;

第三步,在金属粘结层上制备准柱状结构的陶瓷层,具体步骤如下:

(1)将制备好粘结层的高温合金基体装入夹具中,固定到真空室内的自动工件转动台上;

(2)关闭真空室,抽真空,直到真空室内的压力低于0.08mbar;

(3)打开工作气体阀门,向真空室中充入保护性气体氩气(Ar)到130mbar;

(4)设定喷涂电流1700A~2000A,引弧,待等离子电弧稳定后,抽真空至1.5~2mbar,逐步调整气体流量到指定气体流量,Ar25~35slpm,He50~70slpm;

(5)调整喷枪与高温合金基体表面间的距离为600~700mm,利用等离子射流加热高温合金基体到800~900℃,持续保温,并用红外探头对高温合金基体温度进行监测。

(6)将送粉器A中的YSZ粉末加热到60℃,打开送粉器A,调整送粉率2~4g/min,喷涂功率50kw~60kw,送粉口与水平面的夹角即送粉角度为60°~80°,送粉载气(Ar)速率8~13L/min,喷涂距离为900~1100mm,沉积时间为10min~20min,制得厚度为50μm~100μm的YSZ陶瓷层;

若制备具有准柱状结构的双层YSZ+镧系锆酸盐/铈酸盐涂层,则继续沉积具有准柱状结构的镧系锆酸盐或镧系铈酸盐涂层,将送粉器B中的镧系铈酸盐或送粉器C中的镧系锆酸盐喷涂粉末加热到60℃,打开相应送粉器B或送粉器C,调节送粉率2~4g/min,送粉口与水平面的夹角即送粉角度为60°~80°,送粉载气(Ar)速率8~13L/min,喷涂功率60kw~75kw,沉积时间为10min~20min,喷涂距离为900~1100mm,得到厚度为50μm~100μm的准柱状结构的镧系锆酸盐或镧系铈酸盐陶瓷层;

(7)逐步减小等离子气体流量、喷涂电流,再逐步减小真空度,向真空室内充入Ar至真空室气压超过70mbar后,灭弧,待真空室冷却后,放气,打开真空室并取出高温合金基体。

本发明的优点在于:

1.采用本发明提供的制备方法可以得到具有多晶准柱状结构的热障涂层陶瓷层。

2.采用本发明提供的制备方法制备热障涂层陶瓷层沉积效率高,组织均匀。

3.具有准柱状结构陶瓷层的热障涂层有良好的隔热性能。

4.具有准柱状结构陶瓷层的热障涂层有很好的抗热震性能。

5.具有准柱状结构的陶瓷层与金属粘结层间的结合强度较高。

附图说明

图1是本发明制备的具有准柱状结构陶瓷层的热障涂层的结构示意图;

图2是用等离子蒸发沉积系统制备的具有准柱状结构YSZ陶瓷层的电子背散射衍射图像;

图3是与图2对应的多晶准柱状结构YSZ陶瓷层的晶粒取向图;

图4是用等离子蒸发沉积系统制备的具有准柱状结构YSZ陶瓷层的热障涂层的截面SEM形貌;

图5是本发明制备的具有准柱状结构的La2Ce2O7陶瓷层的断面SEM形貌。

具体实施方式

本发明提供了等离子蒸发沉积一种准柱状结构热障涂层陶瓷层的制备方法,包括下列步骤:

第一步,高温合金基体预处理。

准备高温合金基体,分别经过120#、400#、600#、800#砂纸上打磨表面,放入丙酮中进行超声波清洗5min,然后进行喷砂预处理增加高温合金基体表面粗糙度(Ra<1),备用。

第二步,高温合金基体上制备粘结层。

采用真空等离子喷涂方法制备NiCoCrAlY金属粘结层,采用电子束物理气相沉积方法制备NiAlX(X选择Dy、Hf或Zr等)金属粘结层,或者采用电镀和包埋渗的方法制备NiAlPt金属粘结层。

(A)采用真空等离子喷涂方法制备NiCoCrAlY金属粘结层;

将第一步预处理后的高温合金基体安装在真空室的自动工件运动台上,调整主要工艺参数:喷涂功率为50~55kw,喷涂电流为1400~1550A,送粉率15~20g/min,喷涂距离550~600mm,主气流量Ar气30~35slpm,He气55~60slpm,真空度70~75mbar。沉积2~3min,得到厚度80~150μm的粘结层。

(B)采用电子束物理气相沉积方法制备NiAlX(X选择Dy、Hf或Zr等)金属粘结层;

使用电弧熔炼的方法配制靶材热处理后置于坩埚中,抽真空至3×10-3Pa;将第一步预处理后的金属基体预热至850~900℃,调节电子束电压为18~20kV,电子束电流为1.3~1.5A,高温合金基体旋转速率为10~15r/min,靶材的上升速率为0.3mm/min,沉积时间为40~50min,得到厚度80~100μm的粘结层。

(C)采用电镀和包埋渗的方法制备NiAlPt金属粘结层;

配置Pt的电镀液,选取成分为:亚硝酸二氨铂(Pt(NH3)2(NO2)2)含量17g/L,硝酸铵(NH4NO3)含量100g/L,亚硝酸钠(NaNO2)含量10g/L,氨水(NH3·H2O)含量50g/L。加热镀液温度至80℃,将高温合金基体放入Pt电镀液中,设置电流为0.8-1mA/mm2,电镀时间为55~60min,制备得到的电镀Pt层的厚度为4~5μm。

利用包埋渗方法渗铝,包埋渗的工艺参数为:保温温度950~1000℃,保温时间90~100min,最终制备得到厚度60~65μm的NiAlPt粘结层。

金属粘结层制备完毕后取出高温合金基体并对其进行真空热处理:温度1000~1100℃,时间为3~5h,真空度7~9×10-5mbar,随炉冷却至室温后取出;

第三步,在金属粘结层上制备准柱状结构的陶瓷层,具体步骤如下:

(1)将制备好粘结层的高温合金基体装入夹具中,固定到真空室内的自动工件转动台上;

(2)关闭真空室,抽真空,直到真空室内的压力低于0.08mbar;

(3)打开工作气体阀门,向真空室中充入保护性气体氩气(Ar)到130mbar;

(4)设定喷涂电流1700A~2000A,引弧,待等离子电弧稳定后,抽真空至1.5~2mbar,逐步调整气体流量到指定气体流量,Ar25~35slpm,He50~70slpm;

(5)调整喷枪与高温合金基体表面间的距离为600~700mm,利用等离子射流加热高温合金基体到800~900℃,持续保温,并用红外探头对高温合金基体温度进行监测。

(6)将送粉器A中的YSZ粉末加热到60℃,打开送粉器A,调整送粉率2~4g/min,喷涂功率50kw~60kw,送粉口与水平面的夹角即送粉角度60°~80°,送粉载气(Ar)速率8~13L/min,喷涂距离为900~1100mm,沉积时间为10min~20min,制得厚度为50μm~100μm的YSZ陶瓷层;

若制备具有准柱状结构的双层YSZ+镧系锆酸盐/铈酸盐涂层,则继续沉积具有准柱状结构的镧系锆酸盐或镧系铈酸盐涂层,将送粉器B中的镧系铈酸盐或送粉器C中的镧系锆酸盐喷涂粉末加热到60℃,打开相应送粉器B或送粉器C,调节送粉率2~4g/min,送粉口与水平面的夹角即送粉角度60°~80°,送粉载气(Ar)速率8~13L/min,喷涂功率60kw~75kw,沉积时间为10min~20min,喷涂距离为900~1100mm,得到厚度为50μm~100μm的准柱状结构的镧系锆酸盐或镧系铈酸盐陶瓷层;

(7)逐步减小等离子气体流量、喷涂电流,再逐步减小真空度,向真空室内充入Ar至真空室气压超过70mbar后,灭弧,待真空室冷却后,放气,打开真空室并取出高温合金基体。

下面结合附图和实施案例对发明进行详细说明。

实施例1:在高温合金基体表面真空等离子喷涂NiCoCrAlY金属粘结层+等离子蒸发沉积具有准柱状结构的陶瓷层YSZ,具体步骤如下:

第一步,准备高温合金基体原片,尺寸为Φ25×4mm,分别经过120#、400#、600#、800#砂纸上打磨表面,放入丙酮中进行超声波清洗5min,然后进行喷砂预处理增加高温合金基体表面粗糙度(Ra<1),备用;

第二步,在高温合金基体上制备NiCoCrAlY金属粘结层。

采用真空等离子喷涂方法制备NiCoCrAlY金属粘结层,将第一步预处理后的高温合金基体安装在真空室的自动工件运动台上,调整主要工艺参数:喷涂功率为55kw,喷涂电流为1550A,送粉率20g/min,喷涂距离600mm,主气流量Ar气35slpm,He气60slpm,真空度75mbar。沉积2min30s,得到厚度约为100μm的粘结层。

将制备好的NiCoCrAlY金属粘结层的高温合金基体从设备中取出后放入真空热处理炉中,设置热处理温度为1050℃,保温时间4h,真空度9×10-5mbar,进行扩散处理,提高涂层与高温合金基体的结合力,随炉冷却至室温后取出。

第三步,在金属粘结层上制备准柱状结构的陶瓷层,具体如下:

(1)将制备好粘结层的高温合金基体装入夹具中,固定到真空室内的自动工件转动台上;

(2)关闭真空室,抽真空,直到真空室内的压力低于0.08mbar;

(3)打开工作气体阀门,向真空室中充入保护性气体Ar到130mbar;

(4)设定喷涂电流1700A,引弧,待等离子电弧稳定后,抽真空至1.5mbar,逐步调整气体流量到指定气体流量,Ar30slpm,He60slpm;

(5)调整喷枪与高温合金基体间的距离为700mm,利用等离子射流加热高温合金基体到800℃,并用红外探头对高温合金基体温度进行监测;

(6)将送粉器A中的YSZ粉末加热到60℃,打开送粉器A,调整送粉率2g/min,送粉角度60°,送粉载气速率8L/min,喷涂功率50kw,喷涂距离调至1000mm,开始沉积YSZ陶瓷层,20min后得到厚度为100μm的YSZ陶瓷层;

(7)逐步减小等离子气体流量、喷涂电流,再逐步减小真空度,向真空室内充入Ar至真空室气压超过70mbar后,灭弧;待真空室冷却后,放气,打开真空室并取出高温合金基体。

对制备好的高温合金基体的微观结构、涂层厚度进行了测试。通过扫描电镜发现,制备得到了具有准柱状结构YSZ陶瓷层的热障涂层,NiCoCrAlY粘结层厚度约为100μm,YSZ陶瓷层厚度约为100μm,说明准柱状结构的陶瓷层可以在NiCoCrAlY金属粘结层上生长,其示意图如图1所示。采用电子式材料实验机测试陶瓷层与粘结层的结合强度,YSZ/NiCoCrAlY涂层间的结合强度为40±5MPa,说明涂层间具有良好的结合力。对高温合金基体进行热冲击试验,在表面温度1300℃,高温合金基体温度1000℃,保温5min,冷却90s的热冲击条件下,涂层寿命达到4050次,充分说明了高温合金基体具有很好的抗热震性能。采用隔热效果测试炉测试涂层隔热效果,冷却气量为3m3/h时,YSZ/NiCoCrAlY涂层隔热温度为161±5℃,说明涂层具有良好的隔热效果。在喷涂过程中,粉末经过等离子束流的加热后形成固、液、气三相,固相颗粒多次形核,气相原子在固相颗粒上的沉积并生长成柱状结构,同时伴随有液相的沉积,最后形成多晶的柱状结构组织,即准柱状结构涂层。所述的陶瓷层的电子背散射衍射图像如图2所示,表现为典型的多晶准柱状结构。不同晶粒的取向图如图3(a)所示,其中RD为轧制方向,TD为轧制的横向方向。图3(b)为氧化锆[001]方向的反极图,不同颜色对应不同的晶粒取向,而图3(a)中各晶粒的颜色不同。因此,所述的多晶准柱状结构涂层没有特定的晶粒取向。由于等离子射流具有高温、高速的特征,原料粉末可以被加热到极高的温度,因而沉积得到的涂层组织稳定,成分较均匀;同时,准柱状结构涂层生长速率较快,沉积速率很高。该实施例中制备的具有准柱状结构陶瓷层的热障涂层的截面SEM形貌如图4所示,陶瓷层呈现典型的准柱状晶结构。

实施例2:在高温合金基体表面电子束物理气相沉积NiAlDy金属粘结层+等离子蒸发沉积具有准柱状结构的YSZ陶瓷层+等离子蒸发沉积具有准柱状结构的La2Ce2O7陶瓷层,具体步骤如下:

第一步,准备高温合金基体原片,尺寸为Φ25×4mm,分别经过120#、400#、600#、800#砂纸上打磨表面,放入丙酮中进行超声波清洗5min,然后进行喷砂预处理增加高温合金基体表面粗糙度(Ra<1),备用;

第二步,在高温合金基体上用电子束物理气相沉积方法制备NiAlDy粘结层,制备步骤如下:

(1)使用高纯镍(Ni含量>99.99wt.%),高纯铝(Al含量>99.999wt.%)及纯度99.7wt.%的镝(Dy),按照设计成分配比,Al含量为50at.%,Dy含量为0.5at.%,余量为Ni。对镍块、铝块表面进行打磨,除去表面的氧化膜,然后用无水酒精和丙酮进行超声波清洗10min,烘干后,对配制的合金使用电弧熔炼的方法,制备出Φ70mm×100mm靶材;

(2)将上述靶材在真空热处理炉中进行1200℃均匀化热处理24h;

(3)将靶材放进电子束物理气相沉积设备的坩埚中,抽真空至3×10-3Pa,把高温合金基体整体预热至900℃,调节电子束电压为20kV,电子束电流为1.5A,高温合金基体旋转速率为15r/min,靶材的上升速率为0.3mm/min。沉积时间50min,得到厚度为100μm的粘结层;

(4)将制备好NiAlDy金属粘结层的高温合金基体从设备中取出后放入真空热处理炉中,进行扩散热处理,温度为1100℃,保温时间3h,真空度7×10-5mbar,使粘结层的成分均匀,同时提高粘结层与高温合金基体的结合力,随炉冷却至室温后取出。

第三步,在NiAlDy金属粘结层上制备具有准柱状结构的YSZ陶瓷层,具体如下:

(1)将制备好粘结层的高温合金基体装入夹具中,固定到真空室内的自动工件转动台上;

(2)关闭真空室,抽真空,直到真空室内的压力低于0.08mbar;

(3)打开工作气体阀门,向真空室中充入保护性气体氩气(Ar)到130mbar;

(4)设定喷涂电流1860A,引弧,待等离子电弧稳定后,抽真空至2mbar,逐步调整气体流量到指定气体流量,Ar25slpm,He50slpm;

(5)调整喷枪与高温合金基体间的距离为600mm,利用等离子射流加热高温合金基体到900℃,并用红外探头对高温合金基体温度进行监测;

(6)将送粉器A中的YSZ粉末加热到60℃,打开送粉器A,调整送粉率4g/min,送粉角度80°,送粉载气速率13L/min,喷涂功率55kw,将喷涂距离调至900mm,开始沉积YSZ陶瓷层,10min后得到厚度为100μm的准柱状结构的YSZ陶瓷层;

将装有La2Ce2O7粉末的送粉器B加热到60℃,打开送粉器B,送粉速率为4g/min,送粉角度80°,送粉载气速率13L/min,喷涂功率60kw,开始沉积La2Ce2O7热障涂层,沉积时间为10min,喷涂距离为900mm,沉积厚度60μm。

(7)逐步减小等离子气体流量、喷涂电流,再逐步减小真空度,向真空室内充入Ar至真空室气压超过70mbar后,灭弧;待真空室冷却后放气并取出高温合金基体。

对制备好的高温合金基体的微观结构、涂层厚度、隔热性能及抗热冲击性能进行了测试。通过扫描电镜发现,制备得到了同时具有准柱状结构的YSZ和La2Ce2O7陶瓷层。图5为制备的准柱状结构的La2Ce2O7陶瓷层的断面SEM形貌。由于等离子火焰能量足够高,喷涂粉末部分被气化,之后与液相和固相随射流沉积在高温合金基体表面,形成准柱状结构的陶瓷层。涂层组织结构稳定、成分均匀,沉积速率高。采用电子式材料实验机测试陶瓷层与粘结层的结合强度,测试结果为40.9±5MPa,说明陶瓷层与粘结层间有较高的结合力。对高温合金基体进行热冲击试验,在表面温度1300℃,高温合金基体温度1000℃,保温5min,冷却90s的热冲击条件下,涂层寿命达到4100次,充分说明了高温合金基体具有很好的抗热震性能。采用隔热效果测试炉测试涂层隔热效果,冷却气量为3m3/h时,La2Ce2O7/YSZ涂层隔热温度为200±5℃,说明涂层具有良好的隔热效果。

实施例3:在高温合金基体表面电镀和包埋渗法制NiAlPt金属粘结层+等离子蒸发沉积具有准柱状晶结构的YSZ陶瓷层+等离子蒸发沉积具有准柱状结构的Gd2Zr2O7陶瓷层,

具体步骤如下:

第一步,准备高温合金基体原片,尺寸为Φ25×4mm,分别经过120#、400#、600#、800#砂纸上打磨表面,放入丙酮中进行超声波清洗5min,然后进行喷砂预处理增加高温合金基体表面粗糙度(Ra<1),备用;

第二步,采用电镀和包埋渗的方法在高温合金基体上制备NiAlPt金属粘结层,NiAlPt金属粘结层的制备步骤如下:

(1)配置Pt的电镀液,选取成分为:亚硝酸二氨铂(Pt(NH3)2(NO2)2)含量17g/L,硝酸铵(NH4NO3)含量100g/L,亚硝酸钠(NaNO2)含量10g/L,氨水(NH3·H2O)含量50g/L。加热镀液温度至80℃,将高温合金基体放入Pt电镀液中,设置电流为1mA/mm2,电镀时间为1h,制备得到的电镀Pt层的厚度为5μm。

(2)利用包埋渗方法渗铝,包埋渗的工艺参数为:保温温度1000℃,保温时间90min,最终制备得到厚度60μm的NiAlPt粘结层。将制备好的NiAlPt金属粘结层的高温合金基体从设备中取出后放入真空热处理炉中,设置热处理温度为1000℃,保温时间5h,真空度9×10-5mbar,进行扩散处理,提高涂层与高温合金基体的结合力,随炉冷却至室温后取出。

第三步,在NiAlPt金属粘结层上制备具有准柱状结构的YSZ陶瓷层,具体如下:

(1)将制备好粘结层的高温合金基体装入夹具中,固定到真空室内的自动工件转动台上;

(2)关闭真空室,抽真空,直到真空室内的压力低于0.08mbar;

(3)打开工作气体阀门,向真空室中充入保护性气体氩气(Ar)到130mbar;

(4)设定喷涂电流2000A,引弧,待等离子电弧稳定后,抽真空至2mbar,逐步调整气体流量到指定气体流量,Ar35slpm,He70slpm;

(5)调整喷枪与高温合金基体间的距离为600mm,利用等离子射流加热高温合金基体到900℃,并用红外探头对高温合金基体温度进行监测,;

(6)将送粉器A中的YSZ粉末加热到60℃,打开送粉器A,调整送粉率2g/min,送粉角度60°,送粉载气速率8L/min,喷涂功率60kw,将喷涂距离调至1100mm,开始沉积YSZ陶瓷层,20min后得到厚度为100μm的准柱状结构的YSZ陶瓷层;

将装有Gd2Zr2O7粉末的送粉器C加热到60℃,打开送粉器C,送粉速率为2g/min,送粉角度60°,送粉载气速率8L/min,喷涂功率75kw,开始沉积Gd2Zr2O7热障涂层,沉积时间为20min,喷涂距离为110mm,沉积厚度50μm。

(7)逐步减小气体流量,、喷涂电流,再逐步减小真空度,向真空室内充入Ar至真空室气压超过70mbar后灭弧;待真空室冷却后放气并取出高温合金基体。

对制备好的高温合金基体的微观结构、涂层厚度、隔热性能及抗热冲击性能进行了测试。通过扫描电镜发现,制备得到了具有准柱状结构的YSZ和Gd2Zr2O7陶瓷层,YSZ涂层厚度约为100μm,Gd2Zr2O7涂层厚度约为50μm,说明准柱状结构的陶瓷层可以在NiAlPt金属粘结层上生长。采用电子式材料实验机测试陶瓷层与粘结层的结合强度,测试结果为41.7±5MPa,说明涂层间结合强度较高。对高温合金基体进行热冲击试验,在表面温度1300℃,高温合金基体温度1000℃,保温5min,冷却90s的热冲击条件下,涂层寿命达到3900次,说明高温合金基体具有很好的抗热震性能。采用隔热效果测试炉测试涂层隔热效果,冷却气量为3m3/h时,Gd2Zr2O7/YSZ涂层隔热温度为230±5℃,说明涂层具有良好的隔热效果。

本发明采用等离子蒸发沉积方法制备得到的陶瓷层均为多晶准柱状结构涂层,包括单层的准柱状结构YSZ涂层,或者是同时具有准柱状结构的双层YSZ+镧系锆酸盐/铈酸盐涂层;该种类型涂层具有良好的综合性能,如:所述陶瓷层与粘结层的结合强度大于40±5MPa;陶瓷层与粘结层具有抗热震性能,涂层寿命不少于3900次,;所述陶瓷层具有隔热效果,涂层隔热温度不低于161±5℃。

本发明在喷涂工艺上采用单一的送粉口送粉,陶瓷粉末的送粉速率为2~4g/min,控制送粉口与水平面的夹角即送粉角度为60~80°;采用氩气作为送粉载气,并调节载气速率至8~13L/min。在这些参数作用下,未充分加热的陶瓷粉末颗粒和液滴可以在载气的作用下飞出等离子束流,减小了涂层中液相和固相的比例,提高了涂层的组织均匀性,使准柱状结构涂层的性能更加稳定。

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