一种抗熔融cmas腐蚀的稀土铝酸盐热障涂层及其制备方法_3

文档序号:9271269阅读:来源:国知局
结束,得到含有新型稀±侣酸盐石恼石结构化合物R3AI5O12或稀±侣 酸盐巧铁矿化合物xai〇3的双陶瓷层热障涂层。
[0070] 实施例1;在高温合金基体表面制备Y3AI成c/YSZ双陶瓷层热障涂层,具体步骤如 下:
[0071] 第一步,准备基体。高温合金基体材料分别经过200#、400#、600#砂纸打磨试样表 面,放入丙酬中超声波清洗15min,再进行表面喷砂预处理,备用。
[0072] 第二步,在基体上制备NiCoCrAlY粘结层;
[0073] 采用大气等离子喷涂方法在预处理的试样表面制备粘结层,主要工艺参数;电流 为650A,电压为70V,送粉率为15g/min,喷涂距离为120mm,主气流量Ar气为2200L/h,&气 流量为化/min。沉积时间为20min,得到厚度为90ym的NiCoCrAlY粘结层。
[0074]NiCoCrAlY粘结层制备完毕后取出试样,对粘结层进行真空热处理:温度950°C, 时间为2.化。
[0075] 第=步,在粘结层上制备第一陶瓷层和第二陶瓷层;
[0076] 采用大气等离子喷涂在粘结层表面制备第一陶瓷层,主要工艺参数:电流为 600A,电压为65V,送粉率为15g/min,喷涂距离为120mm,主气流量Ar气为2200L/h,&气流 量为化/min,沉积时间为20min,第一陶瓷层的沉积厚度为90ym。第一陶瓷层制备完毕后 接着按上述工艺参数制备第二陶瓷层锭侣石恼石YsAlgOjl,第二陶瓷层的厚度为90ym。
[0077] 第四步,制备结束,得到含有锭侣石恼石Y3AI5O12的双陶瓷层热障涂层。
[0078] 如图1所示,制备的涂层结构包括最顶端的锭侣石恼石Y3AI5O12陶瓷层、中间的 YSZ陶瓷层W及最下面的NiCoCrAlY粘结层。
[0079] 在制备的YSZ陶瓷层和双陶瓷层热障涂层表面分别涂覆CMAS粉体,CaO、MgO、Al2〇3 和Si化的摩尔比是23:14:13:50,所述CMAS粉体的粒度是60~80ym,涂覆密度为35mg/ cm2,然后在1250°C的管式炉中恒温热处理。1250°C保温化后,YSZ陶瓷层试样截面形貌如 图2A所示,可W看出CMAS作用下的YSZ陶瓷层发生开裂,裂纹贯穿整个YSZ陶瓷层,附图 2A中试样截面的面扫描图如图2B,Ca、A1、Si元素沿着YSZ陶瓷层裂纹深度向热障涂层内 部渗入,在YSZ陶瓷层/粘结层界面处富集。1250°C保温化后,双陶瓷层试样截面形貌如 图3A和3B所示,可W看出锭侣石恼石Y3AIA2陶瓷层的结构完整,未受到CMAS腐蚀。附图 3A和3B中试样的能谱分析结果见表1和表2,从能谱数据可W看出,在Y3AI5O。陶瓷层上方 的是CMAS粉,而Y3AI5O。陶瓷层中未出现化、Mg、Si元素,表明烙融的CMAS并没有渗透进 涂层中,Y3AI5O12陶瓷层有抵抗烙融CMAS腐蚀的作用。
[0080] 实施例2 ;在高温合金基体表面制备YAIO3/YSZ双陶瓷层热障涂层。
[0081] 将第二陶瓷层材料选为YA103,其余步骤同实施例1,制得YAIO3/YSZ双陶瓷层热障 涂层。
[00間实施例3 ;在高温合金基体表面制备GCI3AI5O12/YSZ双陶瓷层热障涂层,具体步骤如 下:
[0083] 第一步,准备基体。高温合金基体材料分别经过200#、400#、600#砂纸打磨试样表 面,放入丙酬中进行超声波清洗15min,再进行表面喷砂预处理,备用。
[0084] 第二步,采用电锻W及包埋渗的方法在基体上制备NiAlPt粘结层;
[0085] 首先,将第一步准备好的基体试样放入50mol/L的盐酸中活化处理60s后,用去 离子水冲洗干净。然后,将基体试样放入Pt电锻液中电锻Pt层,上述Pt电锻液的成分 是;亚硝酸二氨销(Pt(NH3)2(N〇2)2)含量为16g/L,硝酸锭(NH4NO3)含量为95g/L,亚硝酸钢 (NaN〇2)含量为12g/l,氨水(N& ? &0)含量为45g/L。电锻Pt的工艺参数为:电流密度为 1. 5mA/mm2,电锻时间为60min,锻液温度80°C,电锻Pt层的厚度为7ym,最后采用包埋渗方 法渗侣,包埋渗的工艺参数为;保温温度为l〇〇〇°C,保温时间为90min,最终得到NiAlPt粘 结层,其厚度为40ym。
[0086] 粘结层制备完毕后取出试样,对粘结层进行真空热处理:温度950°C,时间为 2. 5h〇
[0087] 第=步,采用等离子物理气相沉积方法制备第一陶瓷层和第二陶瓷层;
[0088] 首先,制备第一陶瓷层,具体步骤如下:
[0089] (1)将带有粘结层的合金基体装入夹具中,然后固定到真空室内的自动转动工件 台上,关闭真空室,抽真空,直到真空室的压力低于Imbar;
[0090] (2)设定喷涂电功率为70KW,电流为2000A,打开工作气体阀口,引弧,待电弧稳定 后,逐步调整气体流量到指定气体流量(Ar35slpm,化45slmp);
[0091] (3)利用等离子焰流加热基体,红外探头探测基体温度750°C后,停止加热;
[009引 (4)打开装有YSZ粉料的送粉器A,调整送粉率为15g/min,喷涂距离为1000mm,开 始沉积第一陶瓷层;
[0093] (5)第一陶瓷层沉积结束后,停止送粉;沉积时间为lOmin,得到厚度为80ym的第 一陶瓷层。
[0094] 然后,沉积第二陶瓷层一一GdsAlsO。,打开装有GdsAlsO。喷涂粉料的送粉器B,送粉 率为15g/min,开始沉积GdsAlsO。陶瓷层;沉积时间为15min,得到厚度为90ym的第二陶 瓷层。
[009引第四步,制备结束,得到含有新型石恼石结构化合物GCI3AI5O12的双陶瓷层热障涂 层。实施例4 ;在高温合金基体表面制备孔AlOs/YSZ双陶瓷层热障涂层,具体步骤如下:
[0096] 选择第二陶瓷层材料为孔A1化,其余制备步骤和工艺参数同实施例3,制得含有新 型巧铁矿化合物孔ai〇3的双陶瓷层热障涂层。
[0097] 实施例1~4中制备第二陶瓷层的方法还可W用于制备稀上侣酸盐石恼石化合物 R3AI曲2或稀上侣酸盐巧铁矿化合物XA103,其中R为Tb,化和孔中任意一种或两种,X为 La,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,化中任意一种或两种。
[009引实施例1~4中制备第一陶瓷层和第二陶瓷层的方法还可W采用电子束物理气相 沉积,具体步骤为;
[0099] (1)将YSZ粉体和稀±侣酸盐石恼石结构化合物RsAlgOis粉体或稀±侣酸盐巧铁 矿化合物XA103粉体干压成型,制成〇70mmX100mm的YSZ祀材和稀±侣酸盐石恼石结构 化合物R3AI5O12或稀±侣酸盐巧铁矿化合物XA103祀材;
[0100] (2)将上述两个祀材在200MI^a下冷等静压成型1~化,然后将祀材在高温烧结炉 中1200~1400°C下烧结3~化;
[0101] (3)将两个祀材放进电子束物理气相沉积设备的相蜗中,高能电子束将YSZ祀材 烙化,祀材发生蒸发、沉积,形成第一陶瓷层,本发明选择的沉积时间为3~15min,得到厚 度为40~100ym的第一陶瓷层;
[0102] (4)调整高能电子束将稀±侣酸盐石恼石结构化合物R3AI5O12或稀±侣酸盐巧铁 矿化合物xai〇3祀材烙化,祀材发生蒸发、沉积,形成第二陶瓷层,本发明中选择沉积时间为 3~15min,得到厚度为40~100ym的第二陶瓷层。
[0103] 表1烙融CMAS腐蚀实验后陶瓷层表面CMAS粉体能谱成份
[0104]
[010引表2烙融CMAS腐蚀实验后Y3AI5O。陶瓷层的能谱成份[0106]
[0107] 上述实施例中制备
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