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一种高温稳定热障涂层的制备方法.pdf

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一种 高温 稳定 热障 涂层 制备 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910084694

申请日:

20190129

公开号:

CN109576630A

公开日:

20190405

当前法律状态:

公开

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: C23C4/129;C23C4/06;C23C4/18 主分类号: C23C4/129;C23C4/06;C23C4/18
申请人: 常州市讯德电器有限公司
发明人: 史玉兰;王益民;史志新
地址: 213000 江苏省常州市天宁区劳动西路32号
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 11403 代理人: 於?#22336;?
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910084694

授权公告号:

法律状态公告日:

20190405

法律状态类型:

公开

摘要

本发明涉及一种高温稳定热障涂层的制备方法,属于金属镀层材料技术领域。本发明以泡沫镍钼合金为原料,制备金属粘结涂层,加入泡沫镍钼合金的金属粘结涂层具有良好的抗热震性和耐用性,钼是一种过渡元素,极易改变其氧化状态,在体内的氧化还原反应中起着传递电子的作用,从而有效提高金属粘结涂层的耐高温性和热稳定性。本发明以硅铝凝胶填充泡沫镍基合金,硅铝凝胶在高温煅?#38556;?#33021;与泡沫镍基合金形成保护性氧化膜,氧化膜在钇、钼元素的作用下可?#26723;?#29983;长速率,硅铝凝胶在高温下煅烧为硅酸铝,硅酸铝可有效附着在氧化膜上,能够强化氧化膜的黏附力,改善循?#36153;?#21270;性能,提高氧化膜在高温下的耐用性和热稳定性。

权利要求书

1.一种高温稳定热障涂层的制备方法,其特征在于,具体制备步骤为: (1)将处理后的镍铬高温合金预热至80~100℃,将金属粘结涂层置于超音速火焰喷涂设备中,在180~200℃的温度下以15~30g/min的喷涂速率喷涂至处理后的镍铬高温合金上,得含粘结层的镍铬高温合金; (2)将锆合金陶瓷粉体置于超音速火焰喷涂设备中,在350~400℃的温度下以30~60g/min的喷涂速率喷涂至含粘结层的镍铬高温合金上,得喷涂完毕的镍铬高温合金; (3)将喷涂完毕的镍铬高温合金置于600~800℃下煅烧1~2h,得高温稳定热障涂层。 2.根据权利要求1所述的一种高温稳定热障涂层的制备方法,其特征在于,所述的处理后的镍铬高温合金、金属粘结涂层,锆合金陶瓷粉体的重量份为20~30份处理后的镍铬高温合金、40~50份金属粘结涂层,10~20份锆合金陶瓷粉体。 3.根据权利要求1所述的一种高温稳定热障涂层的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述的处理后的镍铬高温合金的具体制备步骤为:将镍铬高温合金置于无水乙醇中超声处理15~20min,常温静置2~3h,再置于喷砂机中进行喷砂处理,用压缩空气吹喷砂表面5~10min,得处理后的镍铬高温合金。 4.根据权利要求3所述的一种高温稳定热障涂层的制备方法,其特征在于,所述的喷砂处理采用的石英砂为36~40目的石英砂、0.2~0.3MPa的风压。 5.根据权利要求3所述的一种高温稳定热障涂层的制备方法,其特征在于,所述的处理后的镍铬高温合金基体表面平均粗糙度为4.5~5.0μm。 6.根据权利要求1所述的一种高温稳定热障涂层的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述的金属粘结涂层的具体制备步骤为: (1)将乙酸加入去离子水中,常温下以100~150r/min转速搅拌5~10min,得乙酸溶液; (2)将铝胶加入乙酸溶液中,常温下以200~250r/min转速搅拌20~30min,得铝溶胶; (3)将硅溶胶加入铝溶胶中,在60~80℃水浴下以200~300r/min转速搅拌2~4h,得硅铝溶胶; (4)将铂粉加入硅铝溶胶中,常温下以800~1000r/min转速搅拌1~2h,超声分散30~40min,得填充液; (5)将泡沫镍钼合金浸没于填充液中,置于40~60℃下凝化2~4h,得硅铝凝胶填充泡沫镍基合金; (6)将硅铝凝胶填充泡沫镍基合金置于球磨机下,以120~140r/min转速球磨3~5h,得金属粘结涂层。 7.根据权利6所述的一种高温稳定热障涂层的制备方法,其特征在于,所述的铝胶、乙酸、硅溶胶、去离子水、泡沫镍钼合金、铂粉的重量份为40~50份铝胶、5~10份乙酸、30~40份硅溶胶、80~100份去离子水、30~40份泡沫镍钼合金、10~20份铂粉。 8.根据权利要求1所述的一种高温稳定热障涂层的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述的锆合金陶瓷粉体的具体制备步骤为: (1)将氧化锆、氧化钇、氧化镧、氧化铈置于坩埚中,在电阻炉内以800~900℃的温度煅烧1~2h,得煅烧后的混合金属粉体; (2)将煅烧后的混合金属粉体加入无水乙醇中,在聚氨酯球磨罐下,以氧化锆为研磨体在行星式球磨机上球磨22~24h,得浆料; (3)将浆料置于干燥箱内,在70~80℃下干燥10~12h,得干燥的块状粉体,将干燥的块状粉体置于氧化锆坩埚中,并置于二硅化钼炉中,在空气氛围下,以1400~1600℃的温度烧结6~8h,得烧结后的粉体; (4)将烧结后的粉体置于玛瑙研钵中研磨1~2h,得研磨的粉体,将研磨的粉体放入氧化锆坩埚中,并置于二硅化钼炉中,在空气氛围下,以1400~1600℃的温度烧结4~5h,得锆合金陶瓷粉体。 9.根据权利要求8所述的一种高温稳定热障涂层的制备方法,其特征在于,所述的氧化锆粉体、氧化?#21697;?#20307;、氧化镧粉体、氧化铈粉体、无水乙醇的重量份为30~50份氧化锆粉体、5~10份氧化?#21697;?#20307;、3~5份氧化镧粉体、3~5份氧化铈粉体、40~50份无水乙醇。 10.根据权利要求1所述的一种高温稳定热障涂层的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述的高温稳定热障涂层的粘结层厚度为200~300μm、陶瓷层厚度为300~400μm。

说明书


一种高温稳定热障涂层的制备方法
技术领域


本发明涉及一种高温稳定热障涂层的制备方法,属于金属镀层材料技术领域。


背景技术


随着航空发动机向着高推重比方向的发展,燃烧室的工作温度不断提高,如军用
飞机的燃气温度高达1600℃,而用于制造?#26032;?#26426;?#38208;?#30340;镍基高温合金的最高使用温度只有
1100℃,已经满足不了现代航空发动机的使用要求。基于此,除了改进冷却结构?#20302;?#22806;,在
高温合金表面制备热障涂层成为一种高效与快捷的方法。


热障涂层(简称TBC),是由三个部分组胞1)粘接层(简称BC),2)热生长氧化物(简
称TGO)和3)陶瓷顶层(简称TC)。当TBC在髙温?#36335;?#24441;?#20445;琓GO才会生成。而在TGO生成的初期,
TGO可在一定的程度上起到?#31181;?#27687;化物生长的作用,即可视为抗氧化涂层。但是随着TBC在
高温?#36335;?#24441;时间的延长,TGO不断生长并最终导?#38109;?#28034;层整体的破坏性剥落。TGO是造成TBC
破坏的主要原因。


热障涂层一般由高隔热、抗腐蚀的陶瓷涂层和金属粘结层组成。陶瓷涂层的主要
功能是在高温载?#19978;?#20943;弱热量向基体的传送,提高基体抗氧化与抗腐蚀的性能。金属粘结
层的作用是?#33322;?#38518;瓷层和基体热膨胀的不匹配,提高基体的抗高温氧化性能。目前,TBC技
术是应用于航空发动机高温端部件表面防护领域不可或缺的关键技术,随着科学技术的发
展,在航天、航空、电力、化工、冶金等众多领域将会得到更为广泛的研究与应用。为了使热
障涂层达到最好的隔热效果,必须对热障涂层?#20302;?#36827;行结构设计。目前,热障涂层的结构主
要分为三种:双层结构、多层结构和梯度结构。其中,双层结构主要由陶瓷层和粘结层构成,
具有结构简单与工?#31896;?#29087;的优点。但是,陶瓷层与粘结层的热膨胀系数及弹性模量相差较
大,在高温热循环过程中易脱落。因此,为了?#33322;?#30028;面热物理性能的不匹配,发展了多层结
构,主要由金属粘结层、多层隔热层、Al
2O
3阻氧层以及陶瓷顶层等构成。


近年来,有多种能够提高TBC抗氧化性与寿命的方法被报道。其中,根据科研人员
报道可知,Al
2O
3在1400°C?#20445;?#20854;氧扩散系数为10
-12cm
2/s)薄膜具有良好的抗氧化性。另外,
还有很多研究人?#24065;?#24471;出了相似的结论,即Al
2O
3薄膜/涂层的确能在一定程度上提高TBC的
抗氧化性。但是经过大气等离子喷涂技术(简称APS)设备喷涂态的Al
2O
3或者Al
2O
3/YSZ涂
层,本征的就具备很髙的孔隙率,这会导致涂层的抗氧化性?#26723;汀?br>

自愈合材料包括陶瓷材料,高分子化合物材料,金属材料和复合材料。正如其名字
自愈合所表达的含义一样,在材料本身由于加热、受力、受到冲击或其他因素而造成了损伤
?#20445;?#33258;愈合材料具有能够修复自生的特性。目前,除了部分关于防腐涂层的自愈合材料应用
的研?#23458;猓?#40092;有关于热障涂层方面的自愈合材料应用研究。自愈合材料具有提高涂层的抗
氧化性的可能性,其原理是通过密封效应提高涂层的孔隙率,减少涂层中的氧扩散通道。在
相关的研究中,研?#31354;?#20204;研究了航空发动机高温部件上使用轻?#39318;?#24840;合陶瓷材料,并且通
过研究得知SiC及其对应的氧化物能够有足够的塑性来阻止裂纹的扩展,同?#24065;?#26377;自愈合
的能力来密封裂纹并阻止氧的侵入。


目前,热障涂层在服役过程中比较公认会出现的问题主要集中在两个方面:第一,
方面主要集中在热生长氧化物,第二个集中在热腐蚀的问题上。而就热腐蚀而言,热,障涂
层发展到各个阶段面临的热腐蚀问题不尽相同。经过学者们的研究,热障涂层在服役过程
中产生的热生长氧化物主要源自粘接层的元素遭到氧化。


针对该粘接层在服役过程中的氧化行为,国内外多有学者对其进行报道。该氧化
的过程大致包含两个大的阶段:保护性氧化和破坏性氧化。在保护性氧化阶段,主要生成的
氧化物为氧化锆为主的复合氧化物。起始层状的Al
2O
3保护性氧化物,能够减缓氧化的进程,
有学者认为该氧化过程为内向氧化过程,即氧化的主要生长原理是氧离子经过陶瓷层渗透
到界面处。而后续的无定形氧化物多以氧化络为主,属于外向氧化过程,氧化物本身会诱发
产生孔隙和裂纹,促使涂层的失效。而以式上过程中,引起裂纹扩展的动力包括两个方面,
一个方面为热应力,领一个方面为氧化物生长应力。如M.Martena在其论文中描述的一样,
在加热过程中,粘接层发生体积膨胀,并?#20918;?#27687;化,在粘接层的表面便可形成一层TGO。作为
陶瓷氧化物为主的TGO.其热膨胀系数明显低于粘接层,于是在冷却?#20445;?#20307;积收缩不一致。


目前,新一代航空发动机向着高推重比发展,?#26032;纸?#21475;温度?#20013;?#21319;高。传统的热障
涂层金属粘结层mcraly或者niptal因无法在1100℃以上温度长期稳定工作,难以作为下一
代超高温热障涂层的金属粘结层材料。β-nial在1200℃以上高温能够形成连续致密的保护
性氧化膜,是目前最有可能成为1200℃抗高温氧化的新一代超高温热障涂层的金属粘结层
的候选。β-nial在1200℃以上高温能够形成连续致密的保护性氧化膜,是目前最有可能成
为1200℃抗高温氧化的新一代超高温热障涂层的金属粘结层的候选材料,然而由于涂层表
面氧化膜黏附性差,导致涂层在1200℃的循?#36153;?#21270;寿命不足50h。


发明内容


本发明所要解决的技术问题:针?#28304;?#32479;的热障涂层金属粘结层MCrAlY或者NiPtAl
因无法在1100℃以上温度长期稳定工作的问题,提供了一种高温稳定热障涂层的制备方
法。


为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:


(1)将处理后的镍铬高温合金预热至80~100℃,将金属粘结涂层置于超音速火焰喷涂
设备中,在180~200℃的温度下以15~30g/min的喷涂速率喷涂至处理后的镍铬高温合金上,
得含粘结层的镍铬高温合金;


(2)将锆合金陶瓷粉体置于超音速火焰喷涂设备中,在350~400℃的温度下以30~60g/
min的喷涂速率喷涂至含粘结层的镍铬高温合金上,得喷涂完毕的镍铬高温合金;


(3)将喷涂完毕的镍铬高温合金置于600~800℃下煅烧1~2h,得高温稳定热障涂层。


所述的处理后的镍铬高温合金、金属粘结涂层,锆合金陶瓷粉体的重量份为20~30
份处理后的镍铬高温合金、40~50份金属粘结涂层,10~20份锆合金陶瓷粉体。


步骤(1)所述的处理后的镍铬高温合金的具体制备步骤为:将镍铬高温合金置于
无水乙醇中超声处理15~20min,常温静置2~3h,再置于喷砂机中进行喷砂处理,用压缩空气
吹喷砂表面5~10min,得处理后的镍铬高温合金。


所述的喷砂处理采用的石英砂为36~40目的石英砂、0.2~0.3MPa的风压。


所述的处理后的镍铬高温合金基体表面平均粗糙度为4.5~5.0μm。


步骤(1)所述的金属粘结涂层的具体制备步骤为:


(1)将乙酸加入去离子水中,常温下以100~150r/min转速搅拌5~10min,得乙酸溶液;


(2)将铝胶加入乙酸溶液中,常温下以200~250r/min转速搅拌20~30min,得铝溶胶;


(3)将硅溶胶加入铝溶胶中,在60~80℃水浴下以200~300r/min转速搅拌2~4h,得硅铝
溶胶;


(4)将铂粉加入硅铝溶胶中,常温下以800~1000r/min转速搅拌1~2h,超声分散30~
40min,得填充液;


(5)将泡沫镍钼合金浸没于填充液中,置于40~60℃下凝化2~4h,得硅铝凝胶填充泡沫
镍基合金;


(6)将硅铝凝胶填充泡沫镍基合金置于球磨机下,以120~140r/min转速球磨3~5h,得金
属粘结涂层。


所述的铝胶、乙酸、硅溶胶、去离子水、泡沫镍钼合金、铂粉的重量份为40~50份铝
胶、5~10份乙酸、30~40份硅溶胶、80~100份去离子水、30~40份泡沫镍钼合金、10~20份铂粉。


步骤(2)所述的锆合金陶瓷粉体的具体制备步骤为:


(1)将氧化锆、氧化钇、氧化镧、氧化铈置于坩埚中,在电阻炉内以800~900℃的温度煅
烧1~2h,得煅烧后的混合金属粉体;


(2)将煅烧后的混合金属粉体加入无水乙醇中,在聚氨酯球磨罐下,以氧化锆为研磨体
在行星式球磨机上球磨22~24h,得浆料;


(3)将浆料置于干燥箱内,在70~80℃下干燥10~12h,得干燥的块状粉体,将干燥的块状
粉体置于氧化锆坩埚中,并置于二硅化钼炉中,在空气氛围下,以1400~1600℃的温度烧结6
~8h,得烧结后的粉体;


(4)将烧结后的粉体置于玛瑙研钵中研磨1~2h,得研磨的粉体,将研磨的粉体放入氧化
锆坩埚中,并置于二硅化钼炉中,在空气氛围下,以1400~1600℃的温度烧结4~5h,得锆合金
陶瓷粉体。


所述的氧化锆粉体、氧化?#21697;?#20307;、氧化镧粉体、氧化铈粉体、无水乙醇的重量份为
30~50份氧化锆粉体、5~10份氧化?#21697;?#20307;、3~5份氧化镧粉体、3~5份氧化铈粉体、40~50份无
水乙醇。


步骤(3)所述的高温稳定热障涂层的粘结层厚度为200~300μm、陶瓷层厚度为300~
400μm。


本发明与其他方法相比,有益技术效果是:


(1)本发明以镍铬高温合金作为基体材料,制备热障涂层,以镍为基体的高温合金在
650~1000℃范围内具有很好的力学强度、良好的抗氧化性、抗燃气腐蚀能力,镍基高温合金
可以溶解很多合金元素,且能保持很好的稳定性,还可以形成共格有序的金属间化合物相
作为强化相,使合金的耐高温性得到有效的强化,镍铬高温合金含中的铬主要起抗氧化和
抗腐蚀作用,含铬的镍基高温合金具有很好的抗氧化?#28034;?#29123;气腐蚀能力;


(2)本发明以泡沫镍钼合金为原料,制备金属粘结涂层,泡沫镍钼合金具有稳定的三维
网状结构,其独特的开孔结构能够有效提高自身抗拉强度?#28034;?#28909;震性,加入泡沫镍钼合金
的金属粘结涂层具有良好的抗热震性和耐用性,钼是一种过渡元素,极易改变其氧化状态,
在体内的氧化还原反应中起着传递电子的作用,钼元素的加入能有效减缓金属粘结涂层在
高温下的氧化进程,?#26723;?#21512;金的氧化速率,从而有效提高金属粘结涂层的耐高温性和热稳
定性;


(3)本发明以硅铝凝胶填充泡沫镍基合金,制备金属粘结涂层,硅铝凝胶在高温煅?#38556;?br>能与泡沫镍基合金形成保护性氧化膜,氧化膜在钇、钼元素的作用下可?#26723;?#29983;长速率,硅铝
凝胶在高温下煅烧为硅酸铝,硅酸铝可有效附着在氧化膜上,能够强化氧化膜的黏附力,改
善循?#36153;?#21270;性能,提高氧化膜在高温下的耐用性和热稳定性;


(4)本发明通过添加纳米铂粉,制备金属粘结涂层,金属粘结涂层中的纳米铂粉在高温
氧化过程中向氧化膜的晶界中偏聚,占据了合金中阳离子的快速扩散通道,减缓了合金的
氧化进程,?#26723;?#21512;金的氧化速率,铂可以缓和有害元素的作用,?#31181;?#27687;化膜和金属之间孔洞
的生成,提高氧化膜的黏附性,从而提高金属粘结涂层在高温条件下的耐用性和热稳定性;


(5)本发明以氧化锆为原料,并通过添加氧化钇、氧化镧和氧化铈,制备陶瓷层,氧化锆
抗氧化性好、耐热冲击、热导率低,能够阻止外部环的热量向基体金属传递,提高基体的工
作温度,在温度上突破了高温合金的工作极限,在氧化锆中掺杂氧化钇、氧化镧和氧化铈这
三种稀土氧化物,能够有效?#26723;?#38518;瓷层的热导率,提高陶瓷层在高温下的热循环寿命。


具体实施方式


按重量份数计,分别称量40~50份铝胶、5~10份乙酸、30~4份硅溶胶、80~100份去离
子水、30~40份泡沫镍钼合金、10~20份铂粉,将乙酸加入去离子水中,常温下以100~150r/
min转速搅拌5~10min,得乙酸溶液,将铝胶加入乙酸溶液中,常温下以200~250r/min转速搅
拌20~30min,得铝溶胶,将硅溶胶加入铝溶胶中,在60~80℃水浴下以200~300r/min转速搅
拌2~4h,得硅铝溶胶,将铂粉加入硅铝溶胶中,常温下以800~1000r/min转速搅拌1~2h,超声
分散30~40min,得填充液,将泡沫镍钼合金浸没于填充液中,在40~60℃下凝化2~4h,得硅铝
凝胶填充泡沫镍基合金,将硅铝凝胶填充泡沫镍基合金置于球磨机下,以120~140r/min转
速球磨3~5h,得金属粘结涂层,再按重量份数计吗,分别称量30~50份氧化锆粉体、5~10份氧
化?#21697;?#20307;、3~5份氧化镧粉体、3~5份氧化铈粉体、40~50份无水乙醇,将氧化锆、氧化钇、氧化
镧、氧化铈置于坩埚中,在电阻炉内以800~900℃的温度煅烧1~2h,得煅烧后的混合金属粉
体,将煅烧后的混合金属粉体加入无水乙醇中,在聚氨酯球磨罐下,以氧化锆为研磨体在行
星式球磨机上球磨22~24h,得浆料,将浆料置于干燥箱内,在70~80℃下干燥10~12h,得干燥
的块状粉体,将干燥的块状粉体置于氧化锆坩埚中,并置于二硅化钼炉中,在空气氛围下,
以1400~1500℃的温度烧结6~8h,得烧结后的粉体,将烧结后的粉体置于玛瑙研钵中研磨1~
2h,得研磨的粉体,将研磨的粉体放入氧化锆坩埚中,并置于二硅化钼炉中,在空气氛围下,
以1400~1600℃的温度烧结4~5h,得锆合金陶瓷粉体,将镍铬高温合金置于无水乙醇中超声
处理15~20min,常温静置2~3h,再置于喷砂机中进行喷砂处理,用压缩空气吹喷砂表面5~
10min,得处理后的镍铬高温合金,再按重量份数计,分别称量20~30份处理后的镍铬高温合
金、40~50份金属粘结涂层,10~20份锆合金陶瓷粉体,将处理后的镍铬高温合金预热至80~
100℃,将金属粘结涂层置于超音速火焰喷涂设备中,在180~200℃的温度下以15~30g/min
的喷涂速率喷涂至处理后的镍铬高温合金上,得含粘结层的镍铬高温合金,将锆合金陶瓷
粉体置于超音速火焰喷涂设备中,在350~400℃的温度下以30~60g/min的喷涂速率喷涂至
含粘结层的镍铬高温合金上,得喷涂完毕的镍铬高温合金,将喷涂完毕的镍铬高温合金置
于600~800℃下煅烧1~2h,得高温稳定热障涂层。


按重量份数计,分别称量40份铝胶、5份乙酸、30份硅溶胶、80份去离子水、30份泡
沫镍钼合金、10份铂粉,将乙酸加入去离子水中,常温下以100r/min转速搅拌5min,得乙酸
溶液,将铝胶加入乙酸溶液中,常温下以200r/min转速搅拌20min,得铝溶胶,将硅溶胶加入
铝溶胶中,在60℃水浴下以200r/min转速搅拌2h,得硅铝溶胶,将铂粉加入硅铝溶胶中,常
温下以800r/min转速搅拌1h,超声分散30min,得填充液,将泡沫镍钼合金浸没于填充液中,
在40℃下凝化2h,得硅铝凝胶填充泡沫镍基合金,将硅铝凝胶填充泡沫镍基合金置于球磨
机下,以120r/min转速球磨3h,得金属粘结涂层,再按重量份数计吗,分别称量30份氧化锆
粉体、5份氧化?#21697;?#20307;、3份氧化镧粉体、3份氧化铈粉体、40份无水乙醇,将氧化锆、氧化钇、
氧化镧、氧化铈置于坩埚中,在电阻炉内以800℃的温度煅烧1h,得煅烧后的混合金属粉体,
将煅烧后的混合金属粉体加入无水乙醇中,在聚氨酯球磨罐下,以氧化锆为研磨体在行星
式球磨机上球磨22~24h,得浆料,将浆料置于干燥箱内,在70℃下干燥10h,得干燥的块状粉
体,将干燥的块状粉体置于氧化锆坩埚中,并置于二硅化钼炉中,在空气氛围下,以1400℃
的温度烧结6h,得烧结后的粉体,将烧结后的粉体置于玛瑙研钵中研磨1h,得研磨的粉体,
将研磨的粉体放入氧化锆坩埚中,并置于二硅化钼炉中,在空气氛围下,以1400℃的温度烧
结4h,得锆合金陶瓷粉体,将镍铬高温合金置于无水乙醇中超声处理150min,常温静置2h,
再置于喷砂机中进行喷砂处理,用压缩空气吹喷砂表面5min,得处理后的镍铬高温合金,再
按重量份数计,分别称量20份处理后的镍铬高温合金、40份金属粘结涂层,10份锆合金陶瓷
粉体,将处理后的镍铬高温合金预热至80℃,将金属粘结涂层置于超音速火焰喷涂设备中,
在180℃的温度下以15g/min的喷涂速率喷涂至处理后的镍铬高温合金上,得含粘结层的镍
铬高温合金,将锆合金陶瓷粉体置于超音速火焰喷涂设备中,在350℃的温度下以30g/min
的喷涂速率喷涂至含粘结层的镍铬高温合金上,得喷涂完毕的镍铬高温合金,将喷涂完毕
的镍铬高温合金置于600℃下煅烧1h,得高温稳定热障涂层。


按重量份数计,分别称量45份铝胶、7份乙酸、35份硅溶胶、90份去离子水、35份泡
沫镍钼合金、15份铂粉,将乙酸加入去离子水中,常温下以125r/min转速搅拌7min,得乙酸
溶液,将铝胶加入乙酸溶液中,常温下以225r/min转速搅拌25min,得铝溶胶,将硅溶胶加入
铝溶胶中,在70℃水浴下以250r/min转速搅拌3h,得硅铝溶胶,将铂粉加入硅铝溶胶中,常
温下以900r/min转速搅拌1.5h,超声分散35min,得填充液,将泡沫镍钼合金浸没于填充液
中,在50℃下凝化3h,得硅铝凝胶填充泡沫镍基合金,将硅铝凝胶填充泡沫镍基合金置于球
磨机下,以130r/min转速球磨4h,得金属粘结涂层,再按重量份数计吗,分别称量40份氧化
锆粉体、7份氧化?#21697;?#20307;、4份氧化镧粉体、4份氧化铈粉体、45份无水乙醇,将氧化锆、氧化
钇、氧化镧、氧化铈置于坩埚中,在电阻炉内以850℃的温度煅烧1.5h,得煅烧后的混合金属
粉体,将煅烧后的混合金属粉体加入无水乙醇中,在聚氨酯球磨罐下,以氧化锆为研磨体在
行星式球磨机上球磨23h,得浆料,将浆料置于干燥箱内,在75℃下干燥11h,得干燥的块状
粉体,将干燥的块状粉体置于氧化锆坩埚中,并置于二硅化钼炉中,在空气氛围下,以1450
℃的温度烧结7h,得烧结后的粉体,将烧结后的粉体置于玛瑙研钵中研磨1.5h,得研磨的粉
体,将研磨的粉体放入氧化锆坩埚中,并置于二硅化钼炉中,在空气氛围下,以1500℃的温
度烧结4.5h,得锆合金陶瓷粉体,将镍铬高温合金置于无水乙醇中超声处理17min,常温静
置2.5h,再置于喷砂机中进行喷砂处理,用压缩空气吹喷砂表面7min,得处理后的镍铬高温
合金,再按重量份数计,分别称量25份处理后的镍铬高温合金、45份金属粘结涂层,15份锆
合金陶瓷粉体,将处理后的镍铬高温合金预热至90℃,将金属粘结涂层置于超音速火焰喷
涂设备中,在190℃的温度下以22g/min的喷涂速率喷涂至处理后的镍铬高温合金上,得含
粘结层的镍铬高温合金,将锆合金陶瓷粉体置于超音速火焰喷涂设备中,在375℃的温度下
以45g/min的喷涂速率喷涂至含粘结层的镍铬高温合金上,得喷涂完毕的镍铬高温合金,将
喷涂完毕的镍铬高温合金置于700℃下煅烧1.5h,得高温稳定热障涂层。


按重量份数计,分别称量50份铝胶、10份乙酸、40份硅溶胶、100份去离子水、40份
泡沫镍钼合金、20份铂粉,将乙酸加入去离子水中,常温下以150r/min转速搅拌10min,得乙
酸溶液,将铝胶加入乙酸溶液中,常温下以250r/min转速搅拌30min,得铝溶胶,将硅溶胶加
入铝溶胶中,在80℃水浴下以300r/min转速搅拌4h,得硅铝溶胶,将铂粉加入硅铝溶胶中,
常温下以1000r/min转速搅拌2h,超声分散40min,得填充液,将泡沫镍钼合金浸没于填充液
中,在60℃下凝化4h,得硅铝凝胶填充泡沫镍基合金,将硅铝凝胶填充泡沫镍基合金置于球
磨机下,以140r/min转速球磨5h,得金属粘结涂层,再按重量份数计吗,分别称量50份氧化
锆粉体、10份氧化?#21697;?#20307;、5份氧化镧粉体、5份氧化铈粉体、50份无水乙醇,将氧化锆、氧化
钇、氧化镧、氧化铈置于坩埚中,在电阻炉内以900℃的温度煅烧2h,得煅烧后的混合金属粉
体,将煅烧后的混合金属粉体加入无水乙醇中,在聚氨酯球磨罐下,以氧化锆为研磨体在行
星式球磨机上球磨24h,得浆料,将浆料置于干燥箱内,在80℃下干燥12h,得干燥的块状粉
体,将干燥的块状粉体置于氧化锆坩埚中,并置于二硅化钼炉中,在空气氛围下,以1500℃
的温度烧结8h,得烧结后的粉体,将烧结后的粉体置于玛瑙研钵中研磨2h,得研磨的粉体,
将研磨的粉体放入氧化锆坩埚中,并置于二硅化钼炉中,在空气氛围下,以1600℃的温度烧
结5h,得锆合金陶瓷粉体,将镍铬高温合金置于无水乙醇中超声处理20min,常温静置3h,再
置于喷砂机中进行喷砂处理,用压缩空气吹喷砂表面10min,得处理后的镍铬高温合金,再
按重量份数计,分别称量30份处理后的镍铬高温合金、50份金属粘结涂层,20份锆合金陶瓷
粉体,将处理后的镍铬高温合金预热至100℃,将金属粘结涂层置于超音速火焰喷涂设备
中,在200℃的温度下以30g/min的喷涂速率喷涂至处理后的镍铬高温合金上,得含粘结层
的镍铬高温合金,将锆合金陶瓷粉体置于超音速火焰喷涂设备中,在400℃的温度下以60g/
min的喷涂速率喷涂至含粘结层的镍铬高温合金上,得喷涂完毕的镍铬高温合金,将喷涂完
毕的镍铬高温合金置于800℃下煅烧2h,得高温稳定热障涂层。


将本发明制备的高温稳定热障涂层及传统的热障涂层进行检测,具体检测结果如
下表表1:


对上述?#36947;?~3制备的高温稳定热障涂层及传统的热障涂层在1050℃高温进行热循环
氧化实验,根据SJ1277-1977金属镀层和化学处理层质量?#28997;?#39564;收规则和SJ1278-1977金属
镀层和化学处理层外表的?#28997;?#26041;法。


表1高温稳定热障涂层性能表征






由表1可知本发明制备的高温稳定热障涂层,热膨胀系数低,耐高温性能好,热稳定性
好。


关于本文
本文标题:一种高温稳定热障涂层的制备方法.pdf
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