一种航空发动机用高强辐射涂层的制作方法
【专利摘要】一种航空发动机用高强辐射涂层，由底层材料和面层材料组成，所述的底层材料为添加铼元素改性的NiCoCrAlY、NiCrAl、MCrAlY中的一种或多种；所述的面层材料主体为CeO2和Y2O3稳定的ZrO2、HfC/SiC，同时添加La2Zr2O7、La2Ce2O7、Ni/Al2O3、Ni/ZrO2中的一种或多种。所述的底层材料厚度为10～100μm，面层材料厚度为0.1～5mm。本发明涂层具有高剥离强度、高温稳定性、优异的耐腐蚀和耐磨损性能，较低的热导率能够有效阻隔热传导，极高的热辐射率能够大大减少到达发动机表层的热量，提高发动机效率，延长发动机寿命。
【专利说明】 一种航空发动机用高强辐射涂层
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种涂层，特别是涉及一种航空发动机用高强辐射涂层。
【背景技术】
[0002]现代航空发动机设计将集中于减少燃料消耗和增强推重比，同时提高可靠性和寿命。满足这一需求面临结构设计和新材料的挑战，其中表面涂层技术对突破这些瓶颈有重要作用。涂层通常指涂敷于零件表面的一层特殊材料，对提高材料性能、延长零件工作性能的作用十分显著，是航空发动机制造必不可少的技术手段。现代航空发动机有75%以上的零件都涂敷各种涂层以改进性能和可靠性。
[0003]申请号为201010500871.1的中国专利中公开了一种形成具有耐高温隔辐射传热与透微波兼容的无机图层制备方法，用正硅酸己酯、乙醇、去离子水和盐酸制溶胶；用正硅酸己酯、异丙醇、去离子水、氨水合成直径在0.3?3μπι的氧化硅微球，然后在氧化硅微球生长30?500nm厚高折射率的氧化钛壳层，获得核壳结构填料。以制备的核壳结构颗粒作为填料分散到溶胶中，经热处理后可获得致密均匀的无机涂层。
[0004]申请号为201110329537.9的中国专利中公开了一种多用途的低导热陶瓷/贵金属层状复合热障涂层，本发明通过交替沉积低导热陶瓷层和贵金属层形成的层状复合结构使热障涂层具有优异的隔热性能和抗热冲击性能，涂层结构稳定，服役寿命长，可用于航空发动机、舰船发动机、地面燃气涡轮、火箭发动机等高温合金，或难熔合金热端部件的高温防护。
[0005]申请号为201120324889.0的中国专利中公开了一种隔热结构，包括:至少一层涂覆红外辐射反射涂层的超细纤维状网或者纺织面料构成的纤维状网以及一层粗纤维，所述较粗纤维层的纤维体积分数小于I %，纤维直径约为20?35μπι。本实用新型提供的隔热材料的强度相对较高，且在阻挡热辐射的同时不妨碍湿汽传递，提高了隔热性能，而隔热结构的重量也相对较轻，适用于防寒服装、睡袋、建筑物隔热系统、电动汽车隔热系统和航空隔热系统。
[0006]然而上述专利中所提到的航空发动机用热障涂层均由于材料和结构的原因，在力学性能和抗高温腐蚀性能、耐温性、剥离强度以及隔热效果上都存在一系列有待解决的问题。因此，探索一种耐超高温、耐腐蚀、热辐射率高又具备超高结构强度的航空发动机用热障涂层成为现今的一个研究热点。
【发明内容】
[0007]本发明旨在克服现有热障涂层制备技术的不足，提供了一种航空发动机用高强辐射涂层。该发明热变形小、耐蚀、耐磨、高强、热辐射率高，可有效降低发动机温度，提高发动机效率，延长发动机使用寿命。
[0008]针对上述问题，本发明提供一种航空发动机用高强辐射涂层的技术方案:
[0009]一种航空发动机用高强辐射涂层，其特征在于由底层材料和面层材料组成。[0010]所述的底层材料为添加铼元素改性的NiCoCrAlY、NiCrAl, MCrAH中的一种或多种，铼具有高熔点、高强度、良好的塑性、耐磨耐蚀性和优异的机械稳定性，在高温和急冷急热条件下均有很好的抗蠕变性能，不会被热氧气腐蚀，所以经掺铼改性后的底层材料具备了更加高强的结构强度和粘着力，从而使得剥离强度大大提高，同时其较高的热辐射率使得底层材料同样具备了优异的辐射隔热功能。
[0011]所述的面层材料主体为CeO2和Y2O3稳定的ZrO2、HfC/SiC，同时添加La2Zr207、La2Ce2O7, Ni/Al203、Ni/ZrO2中的一种或多种，使得面层材料具有极好的抗高温、抗热震、耐冲蚀以及高辐射隔热性能。
[0012]所述的底层材料厚度为10?100 μ m,所述的面层材料厚度为0.1?5mm。
[0013]所述的航空发动机用高强辐射涂层的底层材料采用等离子喷涂法沉积，面层材料采用等离子喷涂、气相沉积以及溶胶-凝胶沉积、磁控溅射沉积等方法多次沉积，形成3?8层彼此交替的微叠层结构，从而获得致密的晶体涂层，成分及形貌在表面上也可形成梯度变化，依靠耐高温金属间化合物提供高强度和蠕变抗力，利用高温金属作韧化元素，从而很好地克服了金属间化合物的脆性，同时能够大大降低涂层的导热系数。
[0014]所述的航空发动机用高强辐射涂层可以用于1000?2400°C温度范围内的高温合金或难熔合金的高温防护。
[0015]本发明的主要优点是:①涂层热导率低，能够有效阻隔热传导；②热辐射率高，能够大大减少到达发动机表层的热量，提高发动机效率，延长发动机寿命；③有较高的剥离强度；④具有高温稳定性优异的耐腐蚀、耐磨损性能。
【具体实施方式】
[0016]下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
[0017]实施例1
[0018]一种航空发动机用高强辐射涂层，以添加铼元素改性的MCrAH为底层材料，采用等离子喷涂沉积20 μ m ;以CeO2和Y2O3稳定的Zr02、HfC/SiC和La2Zr2O7为面层材料，交替采用等离子喷涂沉积CeO2和Y2O3稳定的ZrO2、溶胶-凝胶沉积HfC/SiC、等离子喷涂沉积La2Zr2O7,形成3层厚0.2mm的微叠层结构。
[0019]实施例2
[0020]一种航空发动机用高强辐射涂层，以添加铼元素改性的MCrAH和NiCoCrAH为底层材料，采用等离子喷涂沉积80 μ m ;以CeO2和Y2O3稳定的Zr02、HfC/SiC并添加La2Zr207、La2Ce207、Ni/Al203以及Ni/Zr02为面层材料，交替采用等离子喷涂沉积CeO2和Y2O3稳定的ZrO2、溶胶-凝胶沉积 HfC/SiC、等离子喷涂沉积 La2Zr207、La2Ce207、Ni/Al203 以及 Ni/Zr02,形成6层厚4_的微叠层结构。
[0021]上述仅为本发明的两个【具体实施方式】，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
【权利要求】
1.一种航空发动机用高强辐射涂层，其特征在于由底层材料和面层材料两部分组成。
2.根据权利要求1所述的高强辐射涂层，其特征在于所述的底层材料为添加铼元素改性的NiCoCrAlY、NiCrAl、MCrAH中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的高强辐射涂层，其特征在于所述的面层材料主体为CeO2和Y2O3 稳定的 ZrO2,HfC/SiC,同时添加 La2Zr207、La2Ce207、Ni/Al203、Ni/Zr02 中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的高强辐射涂层，其特征在于所述的底层材料厚度为10?100 μ m0
5.根据权利要求1所述的高强辐射涂层，其特征在于所述的面层材料厚度为0.1?5mm ο
6.根据权利要求1所述的高强辐射涂层，其特征在于所述的底层材料采用等离子喷涂法沉积，所述的面层材料采用等离子喷涂、气相沉积以及溶胶-凝胶沉积、磁控溅射沉积等方法多次沉积，形成3?8层彼此交替的微叠层结构。
7.根据权利要求1所述的高强辐射涂层，其特征在于所述的航空发动机用高强辐射涂层可以用于1000?2400°C温度范围内的高温合金或难熔合金的高温防护。
【文档编号】B32B9/04GK103722803SQ201310332284
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年8月2日 优先权日:2013年8月2日
【发明者】陈照峰, 王璐 申请人:太仓派欧技术咨询服务有限公司