一種鋯酸鑭纖維摻雜鋯酸鑭的熱障涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱障涂層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)廨啓C(jī)由于其體積小，效率高，被廣泛地用于航空航天、發(fā)電、石油運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)國(guó)民生產(chǎn)領(lǐng)域，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，航空航天中對(duì)燃?xì)廨喌墓β逝c效率的要求在逐漸提高，更高的功率與效率意味著更高的燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口溫度，這將對(duì)傳統(tǒng)材料提出更大的挑戰(zhàn)。燃?xì)廨啓C(jī)中渦輪機(jī)葉片是由鎳基高溫合金制備而成，由于高溫合金自身的物理性能不足以長(zhǎng)時(shí)間抵抗高溫環(huán)境下的工作，因此必須要在高溫合金上面制備一層陶瓷熱障涂層以保護(hù)其在高溫下的正常工作。熱障涂層由高溫合金基體、粘結(jié)層和粘結(jié)層上的隔熱陶瓷層組合而成，最經(jīng)典最常用的熱障涂層工作體系為高速火焰噴涂的NiCoCrAlY或NiAl作為粘結(jié)層與頂層為等離子噴涂的YSZ(Yttria Stabilized Zirconia)作為隔熱工作層，國(guó)家“熱障涂層熱力化耦合微觀機(jī)理與微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控”重大項(xiàng)目指南中指出:為了在燃?xì)廨啓C(jī)方向不落后于世界先進(jìn)集團(tuán)，必須要研制1200°C以上的熱障涂層材料，而傳統(tǒng)YSZ最高溫度只能夠達(dá)到1200°C，已經(jīng)不能滿(mǎn)足新的需求。
[0003]鋯酸鑭(La2Zr207)陶瓷由于其特殊的燒綠石結(jié)構(gòu)，能夠在1600°C以下穩(wěn)定而不發(fā)生相變，并且相比傳統(tǒng)的YSZ熱導(dǎo)率較低，是一種很有潛力的新型熱障涂層材料。然而，相比YSZ，鋯酸鑭陶瓷抗沖蝕能力較低，燃?xì)廨啓C(jī)工作時(shí)，尤其是在火山或者沙塵環(huán)境中，在外界顆粒的沖擊下，鋯酸鑭容易脫落，導(dǎo)致高溫合金部件失去保護(hù)，輕則造成經(jīng)濟(jì)損失，重則造成飛行事故，因此，提高鋯酸鑭的抗沖蝕性能迫在眉睫。
[0004]相比鋯酸鑭粉末材料，鋯酸鑭纖維由于其獨(dú)特的纖維結(jié)構(gòu)，使得其在復(fù)合材料中可以有效地傳遞載荷，阻止裂紋的擴(kuò)展。并由于鋯酸鑭纖維與鋯酸鑭化學(xué)成分相同，將纖維加入鋯酸鑭粉末中進(jìn)行熱障涂層的制備，界面間能夠保持良好的潤(rùn)濕性。提高鋯酸鑭抵抗外界粒子沖蝕的能力，為提高燃?xì)廨啓C(jī)的使用溫度具有指導(dǎo)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決新型鋯酸鑭熱障涂層耐沖蝕性能較差，鋯酸鑭熱障涂層在外來(lái)粒子沖擊下，容易失效的技術(shù)問(wèn)題，而提供一種鋯酸鑭纖維摻雜鋯酸鑭的熱障涂層的制備方法。
[0006]—種鋯酸鑭纖維摻雜鋯酸鑭的熱障涂層的制備方法，具體是按以下步驟進(jìn)行的:
[0007]一、將粒徑為20μπι?120μπι的粘結(jié)層的材料在溫度為80°C?110°C條件下干燥2h?5h，得到粘結(jié)層噴涂材料；
[0008]二、將高溫合金基體用砂紙打磨至表面粗糙度為Ο.?μπι以下；
[0009]三、將步驟二處理的高溫合金基體放入丙酮中進(jìn)行超聲除油處理，然后在溫度為50?80°C條件下干燥lOmin;
[0010]四、將步驟三處理的高溫合金基體進(jìn)行噴砂處理，在表面噴涂一層Si02，得到表面具有粗糖度的基體；
[0011]五、采用高速火焰噴涂法在步驟四處理的基體表面噴涂一層步驟一得到的粘結(jié)層噴涂材料，得到厚度為40μηι?1 ΟΟμπι的粘結(jié)層；
[0012]六、將鋯酸鑭纖維與鋯酸鑭粉末按照質(zhì)量比為1:10混合，加入丙酮，然后放入球磨罐中，按照球料質(zhì)量比為1:1，球磨混合2h?5h，得到混合粉末；
[0013]七、將步驟六中得到的混合粉末在溫度為80°C?110°C條件下干燥2h?5h，得到噴涂用復(fù)合陶瓷粉末；
[0014]八、采用等離子噴涂法在步驟五中得到的粘結(jié)層上噴涂一層步驟七得到的噴涂用復(fù)合陶瓷粉末，得到厚度為200μπι?300μπι的復(fù)合陶瓷粉末工作層，即得到鋯酸鑭纖維摻雜鋯酸鑭的熱障涂層。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
[0016]1、本發(fā)明的鋯酸鑭熱障涂層體系與傳統(tǒng)的未經(jīng)纖維增強(qiáng)的鋯酸鑭熱障涂層體系相比，沖蝕率更低，抗沖蝕性能更強(qiáng)；
[0017]2、鋯酸鑭纖維與鋯酸鑭陶瓷涂層基體之間界面潤(rùn)濕性良好；
[0018]3、本發(fā)明的熱障涂層制備成本不高，工藝簡(jiǎn)單，重復(fù)性良好。
[0019]本發(fā)明用于制備鋯酸鑭纖維摻雜鋯酸鑭的熱障涂層。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為實(shí)施例一制備的鋯酸鑭纖維摻雜鋯酸鑭的熱障涂層的掃描電鏡照片；
[0021]圖2為實(shí)施例一和對(duì)比實(shí)驗(yàn)制備的涂層抗沖蝕性能測(cè)試結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】之間的任意組合。
[0023]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式一種鋯酸鑭纖維摻雜鋯酸鑭的熱障涂層的制備方法，是按以下步驟進(jìn)行的:
[0024]一、將粒徑為20μπι?120μπι的粘結(jié)層的材料在溫度為80°C?110°C條件下干燥2h?5h，得到粘結(jié)層噴涂材料；
[0025]二、將高溫合金基體用砂紙打磨至表面粗糙度為Ο.?μπι以下；
[0026]三、將步驟二處理的高溫合金基體放入丙酮中進(jìn)行超聲除油處理，然后在溫度為50?80°C條件下干燥lOmin;
[0027]四、將步驟三處理的高溫合金基體進(jìn)行噴砂處理，在表面噴涂一層Si02，得到表面具有粗糖度的基體；
[0028]五、采用高速火焰噴涂法在步驟四處理的基體表面噴涂一層步驟一得到的粘結(jié)層噴涂材料，得到厚度為40μηι?1 ΟΟμπι的粘結(jié)層；
[0029]六、將鋯酸鑭纖維與鋯酸鑭粉末按照質(zhì)量比為1:10混合，加入丙酮，然后放入球磨罐中，按照球料質(zhì)量比為1:1，球磨混合2h?5h，得到混合粉末；
[0030]七、將步驟六中得到的混合粉末在溫度為80°C?110°C條件下干燥2h?5h，得到噴涂用復(fù)合陶瓷粉末；
[0031]八、采用等離子噴涂法在步驟五中得到的粘結(jié)層上噴涂一層步驟七得到的噴涂用復(fù)合陶瓷粉末，得到厚度為200μπι?300μπι的復(fù)合陶瓷粉末工作層，即得到鋯酸鑭纖維摻雜鋯酸鑭的熱障涂層。
[0032]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟一中粘結(jié)層的材料為NiAl或NiCoCrAlY。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0033]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是:步驟二中的高溫合金基體為鎳基高溫合金或者鎳基單晶高溫合金。其它與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0034]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是:步驟三中超聲除油處理的溫度為40°C，超聲時(shí)間為30min。其它與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0035]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是:步驟四中噴砂角度為90°，噴砂距離為100mm，噴砂壓力為0.7MPa，噴砂時(shí)間為5s。其它與【具體實(shí)施方式】一至四之一相同。
[0036]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是:步驟五中高速火焰噴涂參數(shù)為:氧氣流量85L/min，丙烷流量33L/min，載氣流量50L/min，氧氣壓力0.88MPa，丙烷壓力0.50MPa，載氣壓力0.60MPa，噴涂距離13cm。其它與【具體實(shí)施方式】一至五之一相同。
[0037]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至六之一不同的是:步驟六中球磨罐和磨球的材料均為氧化鋯。其它與【具體實(shí)施方式】一至六之一相同。
[0038]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至七之一不同的是:步驟六中控制球磨轉(zhuǎn)速為150r/min。其它與【具體實(shí)施方式】一至七之一相同。
[0039]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至八之一不同的是:步驟七在真空條件下進(jìn)行干燥。其它與【具體實(shí)施方式】一至八之一相同。
[0040]【具體實(shí)施方式】十:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至九之一不同的是:步驟八中等離子噴涂參數(shù)為:載氣流量48.7L/min，噴涂距離90mm，電流600A，電壓50V，噴涂移動(dòng)速度70mm/s，Ar/He，22/10L.min—1，送粉率為7.2g/min。其它與【具體實(shí)施方式】一至九之一相同。
[0041]采用以下實(shí)施例和對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果:
[0042]實(shí)施例一:
[0043]本實(shí)施例一種鋯酸鑭纖維摻雜鋯酸鑭的熱障涂層的制備方法，是按以下步驟進(jìn)行的:
[0044]一、將粒徑為