一种镍铝掺杂复合热障涂层的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种镍铝掺杂复合热障涂层，该复合热障涂层涂覆在镍基合金表面，所述的复合热障涂层由从下而上依次设置在镍基合金表面上的陶瓷掺杂镍复合层及陶瓷掺杂铝复合层组合而成。与现有技术相比，本实用新型复合热障涂层具有更加优良的抗热震性能和抗氧化能力，制备实施简便，涂层性能易于控制，内部结构致密性好，隔热性能和抗高温氧化性能优异，不易脱落及开裂，使用寿命长。
【专利说明】
一种镍铝掺杂复合热障涂层
技术领域
[0001]本实用新型属于热障涂层材料技术领域，涉及一种镍铝掺杂复合热障涂层。
【背景技术】
[0002]目前，随着航空、航天及民用技术的发展，热端部件的使用温度要求越来越高，已达到高温合金和单晶材料的极限状况。以燃料轮机的受热部件，如喷嘴、叶片、燃烧室为例，它们处于高温氧化和高温气流冲蚀等恶劣环境中，承受温度高达1100°c，已超过了高温镍合金使用的极限温度(1075°c)。针对这一问题，将金属的高强度、高韧性与陶瓷的耐高温的优点结合起来，制备得到的热障涂层能解决上述问题，它能起到隔热、抗氧化、防腐蚀的作用，现已在汽轮机、柴油发电机、喷气式发动机等热端材料上取得一定应用，并延长了热端部件的使用寿命。
[0003]热障涂层(Thermal Barrier Coatings)主要由金属粘结层和陶瓷层组成，双层结构制备工艺简单、隔热能力强，是目前实际应用最多的形式;但是，双层结构中金属粘结层与陶瓷层的界面明显，热膨胀系数在界面跃变较大，在热载荷的作用下，在涂层内部会产生较大应力，使涂层的抗热震性能难以提高，这也极大阻碍了热障涂层技术的发展。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种隔热性能和抗高温氧化性能优异，与基体间的粘结强度高、不易脱落及开裂，使用寿命长、经济成本低的镍铝掺杂复合热障涂层。
[0005]本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0006]—种镍铝掺杂复合热障涂层，该复合热障涂层涂覆在镍基合金表面，所述的复合热障涂层由从下而上依次设置在镍基合金表面上的陶瓷掺杂镍复合层及陶瓷掺杂铝复合层组合而成。
[0007]所述的陶瓷掺杂镍复合层与陶瓷掺杂铝复合层的厚度之比为1-1.5:1。
[0008]所述的陶瓷掺杂镍复合层及陶瓷掺杂铝复合层中的陶瓷均为掺入氧化钇稳定的氧化锆(简称YSZ)。
[0009]所述的复合热障涂层的厚度为45_60μπι。
[0010]作为优选的技术方案，所述的复合热障涂层的厚度为50μπι。
[0011]所述的陶瓷掺杂镍复合层中，掺入氧化钇稳定的氧化锆的质量分数为94-98%，其余为镍粉。
[0012]作为优选的技术方案，所述的陶瓷掺杂镍复合层中，掺入氧化钇稳定的氧化锆的质量分数为96%，镍粉的质量分数为4%。
[0013]所述的陶瓷掺杂铝复合层中，掺入氧化钇稳定的氧化锆的质量分数为94-98%，其余为铝粉。
[0014]作为优选的技术方案，所述的陶瓷掺杂铝复合层中，掺入氧化钇稳定的氧化锆的质量分数为96%，铝粉的质量分数为4%。
[0015]本实用新型中，所述的掺入氧化钇稳定的氧化锆是掺入6_8wt%氧化钇(Y2O3)稳定的氧化锆(ZrO2)。
[0016]在实际制备过程中，通过电泳沉积及真空烧结工艺，将YSZ掺杂镍复合层和YSZ掺杂铝复合层依次涂覆在镍基合金表面。在高温下，YSZ掺杂镍复合层中掺杂的Ni元素向基体扩散，基体中的N1、Cr等合金元素向，YSZ掺杂镍复合层扩散，由于YSZ掺杂镍复合层与基体都含有Ni，所以，YSZ掺杂镍复合层与基体的热膨胀系数不匹配度下降。另外，在真空烧结后，YSZ掺杂镍复合层与基体之间生成合金化合物，界面处自发形成了成分与传统的金属层相近的过渡层，大大提高了复合热障涂层与基体之间的粘结强度，也提高了复合热障涂层的隔热性能。而YSZ掺杂铝复合层由于在YSZ里掺杂铝，在高温条件下，YSZ掺杂铝复合层就会发生高温氧化，其中的Al被优先氧化而形成致密的氧化铝薄膜，进而有效地阻挡外界空气进入复合热障涂层内部，从而保护了 YSZ掺杂镍复合层及镍基合金。
[0017]与现有技术相比，本实用新型具有以下特点:
[0018]I)本实用新型复合热障涂层比普通的热障涂层少了一层金属层，结构更加简单，而且隔热效果及粘结强度具有明显改善，经济成本低；
[0019]2)本实用新型复合热障涂层增加了与镍基合金的粘结强度，粘结强度提高了 94%以上；
[0020]3)本实用新型复合热障涂层具有更加优良的抗热震性能和抗氧化能力，同时，涂层的制备过程实施简便，涂层性能易于控制，内部结构致密性好，隔热性能和抗高温氧化性能优异，不易脱落及开裂，使用寿命长。
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型结构不意图；
[0022]图中标记说明:
[0023]I—陶瓷掺杂铝复合层、2—陶瓷掺杂镍复合层、3—镍基合金。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
[0025]实施例1:
[0026]如图1所示，一种镍铝掺杂复合热障涂层，该复合热障涂层涂覆在镍基合金3表面，复合热障涂层由从下而上依次设置在镍基合金3表面上的陶瓷掺杂镍复合层2及陶瓷掺杂铝复合层I组合而成。
[0027]其中，陶瓷掺杂镍复合层2与陶瓷掺杂铝复合层I的厚度之比为1:1。陶瓷掺杂镍复合层2及陶瓷掺杂铝复合层I中的陶瓷均为掺入氧化钇稳定的氧化锆，该掺入氧化钇稳定的氧化锆是掺入6wt %氧化钇(Y2O3)稳定的氧化锆(ZrO2)。
[0028]本实施例中，复合热障涂层的厚度为50μπι。
[0029]陶瓷掺杂镍复合层2中，掺入氧化钇稳定的氧化锆的质量分数为96%，镍粉的质量分数为4 %。
[0030]陶瓷掺杂铝复合层I中，掺入氧化钇稳定的氧化锆的质量分数为96%，铝粉的质量分数为4 %。
[0031]实施例2:
[0032]本实施例中，陶瓷掺杂镍复合层2与陶瓷掺杂铝复合层I的厚度之比为1.5:1。复合热障涂层的厚度为60μηι。
[0033]其中，陶瓷掺杂镍复合层2中，掺入氧化钇稳定的氧化锆的质量分数为94%，镍粉的质量分数为6%。陶瓷掺杂铝复合层I中，掺入氧化钇稳定的氧化锆的质量分数为94%，铝粉的质量分数为6%。掺入氧化钇稳定的氧化锆是掺入8wt%氧化钇(Y2O3)稳定的氧化锆
(Zr02)ο
[0034]其余同实施例1。
[0035]实施例3:
[0036]本实施例中，陶瓷掺杂镍复合层2与陶瓷掺杂铝复合层I的厚度之比为1.2:1。复合热障涂层的厚度为45μπι。
[0037]其中，陶瓷掺杂镍复合层2中，掺入氧化钇稳定的氧化锆的质量分数为98%，镍粉的质量分数为2%。陶瓷掺杂铝复合层I中，掺入氧化钇稳定的氧化锆的质量分数为98%，铝粉的质量分数为2%。掺入氧化钇稳定的氧化锆是掺入7wt%氧化钇(Y2O3)稳定的氧化锆
(Zr02)ο
[0038]其余同实施例1。
[0039]实施例4:
[0040]本实施例中，陶瓷掺杂镍复合层2与陶瓷掺杂铝复合层I的厚度之比为1:1。复合热障涂层的厚度为56μηι。
[0041]其中，陶瓷掺杂镍复合层2中，掺入氧化钇稳定的氧化锆的质量分数为95%，镍粉的质量分数为5%。陶瓷掺杂铝复合层I中，掺入氧化钇稳定的氧化锆的质量分数为95%，铝粉的质量分数为5%。
[0042]其余同实施例1。
[0043]上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种镍铝掺杂复合热障涂层，该复合热障涂层涂覆在镍基合金(3)表面，其特征在于，所述的复合热障涂层由从下而上依次设置在镍基合金(3)表面上的陶瓷掺杂镍复合层(2)及陶瓷掺杂铝复合层(I)组合而成。2.根据权利要求1所述的一种镍铝掺杂复合热障涂层，其特征在于，所述的陶瓷掺杂镍复合层(2)与陶瓷掺杂铝复合层(I)的厚度之比为1-1.5:1。3.根据权利要求1所述的一种镍铝掺杂复合热障涂层，其特征在于，所述的陶瓷掺杂镍复合层(2)及陶瓷掺杂铝复合层(I)中的陶瓷均为掺入氧化钇稳定的氧化锆。4.根据权利要求1至3任一项所述的一种镍铝掺杂复合热障涂层，其特征在于，所述的复合热障涂层的厚度为45-60μπι。5.根据权利要求4所述的一种镍铝掺杂复合热障涂层，其特征在于，所述的复合热障涂层的厚度为50μηι。
【文档编号】B22F7/02GK205501439SQ201620211996
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】王莉莉, 王伟, 宋闪光, 谭世磊, 陈柏林, 葛然然, 解辉, 戚哮啸, 范烨力, 朱士娟, 余涛
【申请人】上海工程技术大学