一种具有红外高反射功能的热障涂层结构的制作方法

本发明涉及发动机涡轮叶片涂层领域，尤其涉及一种具有红外高反射功能的热障涂层结构。

背景技术：

热障涂层(thermalbarriercoatings)是一层陶瓷涂层，它沉积在耐高温金属或超合金的表面，热障涂层对于基底材料起到隔热作用，降低基底温度，使得用其制成的器件(如发动机涡轮叶片)能在高温下运行，并且可以提高器件(发动机等)的热效率。

通常，热障涂层的结构为双层结构，其构成为：高温合金材料基体(底部)、粘结层(中部)和陶瓷层(顶部)。底部的基体为所需防护的材料，顶部陶瓷层为抗腐蚀、冲击、隔热防护用材料，中部粘结层不仅缓减基体材料和陶瓷材料不匹配性还可以防护基体材料减缓腐蚀及氧化等，尤其在涂层脱落失效后，其作用尤为突出。热障涂层一般采用喷涂或电子束物理气相沉积技术制备，喷涂技术制备的涂层结构为片层状，电子束物理气相沉积技术制备的涂层结构为柱状晶结构，这两种结构的热障涂层被广泛应用在发动机热端部件上。

但是，上述传统的热障涂层不具备高红外反射功能，在高温燃气条件下，红外辐照热能够透过传统结构的热障涂层，导致涂层的热防护性能降低。

技术实现要素：

本发明提供一种具有高红外反射功能的热障涂层结构，以解决传统热障涂层不具备高红外反射功能的问题。

本发明提供一种具有高红外反射功能的热障涂层结构，包括：制备在基体上的粘接层、制备在粘接层上的多层陶瓷涂层以及粘接层和陶瓷涂层之间生成的热生长氧化层；

多层陶瓷涂层由多层高孔隙率陶瓷涂层和多层低孔隙率陶瓷涂层交替层叠组成，高孔隙率陶瓷涂层的孔隙率为20-40％，低孔隙率陶瓷涂层的孔隙率为5-10％；

粘接层为镍基高温合金材料、钴基高温合金材料或铂铝合金材料，陶瓷涂层为氧化锆或锆酸钆材料。

在本发明的一个实施例中，粘接层的厚度为30-200μm。

在本发明的一个实施例中，多层陶瓷涂层的总厚度为100-300μm。

在本发明的一个实施例中，每层高孔隙率陶瓷涂层的厚度为0.29-11.89μm，每层低孔隙率陶瓷涂层的厚度为0.18-7.38μm。

在本发明的一个实施例中，粘接层采用物理气相沉积或电镀工艺制备。

在本发明的一个实施例中，陶瓷涂层采用喷涂或电子束物理气相沉积制备。

本发明提供的具有高红外反射功能的热障涂层结构中，多层陶瓷涂层采用不同孔隙率的陶瓷涂层构成，具有较多的平行于基体的界面，孔隙率呈周期性变化，具有高红外反射的功能，能够降低高温燃气红外热辐射对基体的影响。

附图说明

图1为本发明实施例提供的具有高红外反射功能的热障涂层结构的示意图。

图中标号表示：

1-基体，2-粘接层，3-热生长氧化层，4-陶瓷涂层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参见图1，为本发明实施例提供的具有高红外反射功能的热障涂层的结构示意图，该热障涂层包括：制备在基体1上的粘接层2，制备在粘接层2上的多层陶瓷涂层4，以及粘接层2和陶瓷涂层4之间的热生长氧化层3。

热生长氧化层3为粘接层2表面生长的氧化铝涂层，粘接层2采用物理气相沉积或电镀工艺制备在基体1上，其厚度为30-200μm，采用镍基高温合金材料、钴基高温合金材料或铂铝合金材料制成。

多层陶瓷涂层4由多层高孔隙率陶瓷涂层和多层低孔隙率陶瓷涂层交替层叠组成，低孔隙率陶瓷涂层比高孔隙率陶瓷涂层多一层，形成交替层叠结构，采用喷涂或电子束物理气相沉积制备，其中，高孔隙率陶瓷涂层的孔隙率为20-40％，厚度为0.29-11.89μm；低孔隙率陶瓷涂层的孔隙率为5-10％，厚度为0.18-7.38μm。陶瓷涂层采用氧化锆或锆酸钆材料制成。

多层陶瓷涂层4在制备过程中，可以通过控制沉积时间控制陶瓷涂层的厚度，通过周期性改变基体1的温度控制每层陶瓷涂层的孔隙率，高孔隙率，即孔隙率为20-40％的陶瓷涂层对应的基体温度范围为600-700℃；低孔隙率，即孔隙率为5-10％的陶瓷涂层对应的基体温度范围为900-1000℃。温度越高，制备的陶瓷涂层的孔隙率越低。

此外，采用电子束物理气相沉积的方式制备多层陶瓷涂层时，可以通过控制蒸发源到基体的距离控制每层陶瓷涂层的孔隙率，高孔隙率，即孔隙率为20-40％的陶瓷涂层对应的蒸发源与基体的距离为500-700mm；低孔隙率，即孔隙率为5-10％的陶瓷涂层对应的蒸发源与基体的距离为200-300mm。蒸发源与基体的距离越远，制备的陶瓷涂层的孔隙率越高。

实施例

本发明实施例提供一种具有高红外反射功能的热障涂层结构，包括：制备在基体上的粘接层、制备在粘接层上的多层陶瓷涂层以及粘接层和陶瓷涂层之间生成的热生长氧化层。

多层陶瓷涂层由7层高孔隙率陶瓷涂层和8层低孔隙率陶瓷涂层交替层叠组成，高孔隙率陶瓷涂层的孔隙率为20％，厚度为11.8μm，低孔隙率陶瓷涂层的孔隙率为5％，厚度为7.3μm。

粘接层为nicocraly材料，厚度为60μm，陶瓷涂层为氧化锆材料，总厚度为140μm。

综上所述，本发明提供的具有高红外反射功能的热障涂层结构中，多层陶瓷涂层采用不同孔隙率的陶瓷涂层构成，具有较多的平行于基体的界面，孔隙率呈周期性变化，具有高红外反射的功能，能够降低高温燃气红外热辐射对基体的影响。

以上所述的本发明的具体实施例方式并不构成对本发明保护范围的限定。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种具有高反射功能的热障涂层结构，包括：制备在基体上的粘接层、制备在粘接层上的多层陶瓷涂层以及粘接层和陶瓷涂层之间生成的热生长氧化层；多层陶瓷涂层由多层高孔隙率陶瓷涂层和多层低孔隙率陶瓷涂层交替层叠组成，高孔隙率陶瓷涂层的孔隙率为20‑40％，低孔隙率陶瓷涂层的孔隙率为5‑10％；粘接层为镍基高温合金材料、钴基高温合金材料或铂铝合金材料，陶瓷涂层为氧化锆或锆酸钆材料。多层陶瓷涂层采用不同孔隙率的陶瓷涂层构成，具有较多的平行于基体的界面，孔隙率呈周期性变化，具有高红外反射的功能，能够降低高温燃气红外热辐射对基体的影响。

技术研发人员：姜春竹;崔向中;高巍;周国栋;马江宁
受保护的技术使用者：中国航空制造技术研究院
技术研发日：2018.11.05
技术公布日：2019.03.01