得到的双陶瓷层热障涂层，第二陶瓷层的厚度与第一陶瓷层的 厚度相同，当采用大气等离子喷涂方法制备第二陶瓷层，第二陶瓷层厚度为50~120ym， 当采用等离子物理气相沉积方法制第一陶瓷层，第二陶瓷层厚度为40~100ym，当采用电 子束物理气相沉积方法制备第二陶瓷层，第二陶瓷层厚度为40~100ym。
【主权项】
1. 一种抗熔融CMS腐蚀的稀土铝酸盐热障涂层陶瓷层材料，其特征在于：所述陶瓷层 材料为稀土铝酸盐石榴石结构化合物R 3Al5O12或稀土铝酸盐钙钛矿化合物XAlO 3，所述的R 为Y，Gd，Tb，Er和Yb中任意一种或两种，所述的X为Y，La，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Tb，Er和Yb 中任意一种或两种。2. -种抗熔融CMS腐蚀的稀土铝酸盐热障涂层，所述的热障涂层包括在合金基体 上制备得到的粘结层、第一陶瓷层和第二陶瓷层，其特征在于：所述第一陶瓷层为YSZ涂 层，所述第二陶瓷层由稀土铝酸盐石榴石结构化合物R 3Al5O12或稀土铝酸盐钙钛矿化合物 XAlO3构成，所述的R为Y，Gd，Tb，Er和Yb中任意一种或两种，所述的X为Y，La，Pr，Nd， Sm，Eu，Gd，Tb，Er和Yb中任意一种或两种。3. 根据权利要求2所述的一种抗熔融CMS腐蚀的稀土铝酸盐热障涂层，其特征在于： 第一陶瓷层的厚度等于第二陶瓷层的厚度。4. 一种抗熔融CMAS腐蚀的稀土铝酸盐热障涂层的制备方法，其特征在于：包括如下步 骤， 第一步，基体表面喷砂预处理； 第二步，在预处理后的基体上制备NiAlDy、NiCoCrAlY或NiAlPt粘结层； 第三步，在粘结层上制备第一陶瓷层和第二陶瓷层；所述第二陶瓷层由稀土铝酸盐石 榴石结构化合物R3Al5O12或稀土铝酸盐钙钛矿化合物XAlO 3构成，所述的R为Y，Gd，Tb，Er 和Yb中任意一种或两种，所述的X为Y，La，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Tb，Er和Yb中任意一种或 两种； 所述的第一陶瓷层和第二陶瓷层采用大气等离子喷涂方法、等离子物理气相沉积方法 或电子束物理气相沉积方法制备得到； 第四步，制备结束，得到含有稀土铝酸盐化合物的双陶瓷层热障涂层。5. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：第三步中采用大气等离子喷涂方法 制备第一陶瓷层和第二陶瓷层，工艺参数为：电流为500~650A，电压为45~65V，送粉率 为10~20g/min，喷涂距离为80~120mm，主气流量Ar气为2000~2500L/h，4气流量为 5~lOL/min ;沉积时间为10~30min，第一陶瓷层厚度为50~120 y m，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。6. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：第三步中采用等离子物理气相沉积 方法制第一陶瓷层和第二陶瓷层，具体步骤为， (1) 将带有粘结层的基体装入夹具中，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 ; (2) 设定喷涂电功率为55~100KW，电流为1800~2500A，打开工作气体阀门，引弧， 待电弧稳定后，逐步调整气体流量到指定气体流量，Ar气流量35slpm，He气流量30~ 60slmp ； (3) 利用等离子焰流加热基体，红外探头探测基体温度600~KKKTC后，停止加热； (4) 打开装有YSZ粉料的送粉器A，调整送粉率为5~35g/min，喷涂距离为800~ 1400mm，开始沉积第一陶瓷层； (5) 沉积时间为3~15min后，停止送粉，第一陶瓷层厚度为40~100 y m ; 然后，沉积第二陶瓷层一一稀土铝酸盐石榴石结构化合物或稀土铝酸盐钙钛矿化合 物，打开装有稀土铝酸盐石榴石结构化合物或稀土铝酸盐钙钛矿化合物喷涂粉料的送粉器 B，送粉率为5~40g/min，开始沉积第二陶瓷层；沉积时间为3~15min，第二陶瓷层厚度为 40 ~100 u m〇7. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：第三步中采用电子束物理气相沉积 方法制备第一陶瓷层和第二陶瓷层，具体步骤为， (1) 将YSZ粉体和稀土铝酸盐石榴石结构化合物粉体或稀土铝酸盐钙钛矿化合物粉体 干压成型，制成fE^OmmX IOOmm的YSZ祀材和稀土错酸盐石植石结构化合物或稀土错酸盐 钙钛矿化合物靶材； (2) 将上述两个靶材在200MPa下冷等静压成型1~2h，然后将靶材在高温烧结炉中 1200~1400°C下烧结3~4h ; (3) 将两个靶材放进电子束物理气相沉积设备的坩埚中，高能电子束将YSZ靶材熔 化，靶材发生蒸发、沉积，形成第一陶瓷层，沉积时间为3~15min，第一陶瓷层厚度为40~ 100 u m ； (4) 调整高能电子束将稀土铝酸盐石榴石结构化合物靶材或稀土铝酸盐钙钛矿化合物 靶材熔化，靶材发生蒸发、沉积，形成第二陶瓷层，沉积时间为3~15min，第二陶瓷层厚度 为 40 ~100 y m。8. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：第二步中粘结层的制备方法采用大 气等离子喷涂方法、电子束物理气相沉积方法或者电镀以及包埋渗的方法，具体如下： (A) 采用大气等离子喷涂方法制备NiAlDy或NiCoCrAlY粘结层； 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，工艺参数：电流为550~ 700A，电压为50~70V，送粉率为10~20g/min，喷涂距离为100~150_，主气流量Ar气 为2000~2500L/h，4气流量为5~10L/min，沉积时间为10~30min，粘结层厚度为60~ 120 ym； (B) 采用电子束物理气相沉积方法制备NiAlDy或NiCoCrAlY粘结层； 将第一步准备好的基体试样放置在电子束物理气相沉积设备旋转基板上，依次用无水 乙醇、丙酮擦拭试样的表面，将旋转基架放入电子束物理气相沉积设备的沉积室中，沉积室 抽真空至3 X KT3Pa,预热基板至800°C，电子束电压为19KV，电子束电流为I. 5A，沉积时间 为25~40min，粘结层厚度为30~50 y m ; (C) 采用电镀以及包埋渗的方法制备粘结层NiAlPt ; 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30s~60s后，再用 去离子水冲洗干净；然后将基体试样放入Pt电镀液中电镀Pt层，所述Pt电镀液的成分是： 亚硝酸二氨铂Pt (NH3) 2 (NO2) 2含量为15~20g/L，硝酸铵NH 4N03含量为90~120g/L，亚硝 酸钠NaNO2含量为5~15g/L，氨水NH 3 ^H2O含量为40~60g/L ;电镀Pt的工艺参数为：电 流密度为0. 5~2. 5mA/mm2,电镀时间为40~90min，镀液温度70~100°C，电镀Pt层的厚 度为5~15 ym ;最后采用包埋渗方法渗铝，包埋渗的工艺参数为：保温温度为1000°C，保 温时间为90min，最终得到NiAlPt粘结层，其厚度为30~50 y m ; 粘结层制备完毕后取出试样，对粘结层进行真空热处理，真空热处理的工艺参数为：温 度950°C，保温时间2. 5h。
【专利摘要】本发明公开了一种抗熔融CMAS腐蚀的稀土铝酸盐热障涂层及其制备方法，属于热障涂层材料及其制备领域。本发明所述的热障涂层包括在基体上制备得到的粘结层、第一陶瓷层和第二陶瓷层；所述第一陶瓷层为YSZ涂层；所述第二陶瓷层由石榴石结构化合物稀土铝酸盐或钙钛矿化合物稀土铝酸盐构成；所述第一陶瓷层和第二陶瓷层采用大气等离子喷涂、等离子物理气相沉积、电子束物理气相沉积方法制备。本发明制备的稀土铝酸盐热障涂层可以阻止熔融CMAS的渗入、具有优异的抗熔融CMAS腐蚀的性能。
【IPC分类】C23C4/12, C23C4/10
【公开号】CN104988454
【申请号】CN201510400298
【发明人】郭洪波, 薛召露, 马岳, 宫声凯, 徐惠彬
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年7月9日