一種納米顆粒防電磁干擾的熱障涂層及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陶瓷材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米顆粒防電磁干擾的熱障涂層及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空燃?xì)廨啓C(jī)向高流量比、高推重比、高進(jìn)氣口溫度方向發(fā)展，燃燒室中的工作溫度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了 Ni基高溫合金的使用溫度極限。在高溫合金基體表面制備熱障涂層，對提高基體承溫能力有非常直接的效果，從而有效提高零件的工作溫度，延長使用壽命O
[0003]熱障涂層通是一種利用導(dǎo)熱系數(shù)相對低的材料，用合適的技術(shù)涂覆于高溫合金基體表面從而起到隔熱作用的功能涂層。典型的熱障涂層由高溫合金基體、金屬粘結(jié)層和頂部隔熱陶瓷涂層組成。其中，高溫合金基體主要承受機(jī)械載荷；粘結(jié)層主要起改善基體與陶瓷涂層物理相容性和抗氧化腐蝕的作用；頂部陶瓷層主要作用是隔絕熱量并產(chǎn)生溫度梯度，其微觀組織結(jié)構(gòu)對熱障涂層的隔熱性能和使用壽命起關(guān)鍵作用。但當(dāng)熱障涂層應(yīng)用于日益增高的工作溫度時，將面臨更苛刻的工作環(huán)境，現(xiàn)有技術(shù)制得的熱障涂層存在易發(fā)生相變、抗氧化性低、強(qiáng)度小、高溫穩(wěn)定性差、易產(chǎn)生高溫腐蝕等缺陷，難以滿足渦輪進(jìn)口溫度進(jìn)一步提高的需要。因此，尋找更好的隔熱性能以及在高溫條件下穩(wěn)定性佳、抗高溫腐蝕性優(yōu)的新型熱障涂層材料成為近年來熱障涂層領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是提供一種納米顆粒防電磁干擾的熱障涂層及其制作方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
一種納米顆粒防電磁干擾的熱障涂層，其特征在于，由下列重量份的原料制成:氧化鈰29-33、二氧化鋯23-27、氧化釔30-34、碳粉9-11、納米四氧化三鐵1.2-1.8、氯醋樹脂6-9、NiCoCrAlYTa合金粉59-63、N-甲基吡咯烷酮3-5、二硼化鈦13-15、釩鐵渣27-30、硝酸鑭2~4o
[0006]所述的一種納米顆粒防電磁干擾的熱障涂層的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
(1)將納米四氧化三鐵、NiCoCrAlYTa合金粉于680_750°C高溫處理30-50分鐘，迅速冷卻至室溫，加入硝酸鑭超聲波研磨20-40分鐘，加熱至熔融，攪拌5-8h，真空氣氛下冷凝成型，研磨成粉制得改性金屬粘結(jié)層；
(2)將碳粉加入到球磨機(jī)中，噴入熔融狀態(tài)的氯醋樹脂、N-甲基吡咯烷酮拌勻，加入二硼化鈦，常溫下進(jìn)行球磨、混合、打散制得改性碳粉；
(3)將改性碳粉、氧化鈰、二氧化鋯、氧化釔經(jīng)1510-1620°C高溫煅燒2_4小時，冷卻加入其它剩余成分研磨至200-300目，制得改性陶瓷粉； (4)將高溫合金基體經(jīng)過超聲除油、噴砂前處理后，通過電熱爆炸噴涂法將步驟(I)物料均勻噴涂在在高溫合金基體上；
(5)最后通過大氣等離子噴涂方法，采用500A的噴涂電流將步驟(3)制得改性陶瓷粉沉積在金屬粘結(jié)層上。
[0007]本發(fā)明有以下有益效果:本發(fā)明制得的熱障涂層和傳統(tǒng)的熱障涂層相比較，添加碳粉經(jīng)高溫煅燒改性后可提高陶瓷相的孔隙率，且在噴涂過程中部分粒子在等離子射流中熔化不充分，在撞擊基體時變形程度稍弱，易形成搭接在一起的多孔結(jié)構(gòu)，使涂層的隔熱性能明顯提高，其次本發(fā)明通過改性方法，二氧化鋯晶格中Y3+、Ce4+取代Zr4+，產(chǎn)生了氧空位和局部的應(yīng)力場，增加了晶格中的聲子散射，熱導(dǎo)率明顯降低，而且固溶原子Ce的原子量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Y的原子量，可顯著提高本發(fā)明產(chǎn)品中的聲子的散射強(qiáng)度，從而降低了熱導(dǎo)率，本發(fā)明制備工藝簡單，所制備的涂層具有防電磁干擾、抗熔鹽腐蝕性能和良好的熱震性能。
【具體實施方式】
[0008]所述的一種納米顆粒防電磁干擾的熱障涂層，其特征在于，由下列重量份的原料制成:氧化鋪32、二氧化錯25、氧化乾33、碳粉9、納米四氧化三鐵1.2、氯醋樹脂9、NiCoCrAlYTa合金粉59、N-甲基吡咯烷酮3、二硼化鈦15、釩鐵渣27、硝酸鑭4。
[0009]制作方法包括以下步驟:
(1)將納米四氧化三鐵、NiCoCrAlYTa合金粉于680_750°C高溫處理30-50分鐘，迅速冷卻至室溫，加入硝酸鑭超聲波研磨20-40分鐘，加熱至熔融，攪拌5-8h，真空氣氛下冷凝成型，研磨成粉制得改性金屬粘結(jié)層；
(2)將碳粉加入到球磨機(jī)中，噴入熔融狀態(tài)的氯醋樹脂、N-甲基吡咯烷酮拌勻，加入二硼化鈦，常溫下進(jìn)行球磨、混合、打散制得改性碳粉；
(3)將改性碳粉、氧化鈰、二氧化鋯、氧化釔經(jīng)1510-1620°C高溫煅燒2_4小時，冷卻加入其它剩余成分研磨至200-300目，制得改性陶瓷粉；
(4)將高溫合金基體經(jīng)過超聲除油、噴砂前處理后，通過電熱爆炸噴涂法將步驟(I)物料均勻噴涂在在高溫合金基體上；
(5)最后通過大氣等離子噴涂方法，采用500A的噴涂電流將步驟(3)制得改性陶瓷粉沉積在金屬粘結(jié)層上。
[0010]使用本發(fā)明生產(chǎn)的熱障涂層的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)如下:
(1)涂層孔隙率:18.7%;
(2)經(jīng)金相顯微鏡測得涂層截面有較多的閉合孔隙和垂直微裂紋；
(3)通過測量涂層表面和樣品背面的溫度差計算涂層的隔熱性能，提高幅度最高達(dá)到了約 51.2%ο
【主權(quán)項】
1.一種納米顆粒防電磁干擾的熱障涂層，其特征在于，由下列重量份的原料制成:氧化鈰29-33、二氧化鋯23-27、氧化釔30-34、碳粉9_11、納米四氧化三鐵1.2-1.8、氯醋樹脂6-9、NiCoCrAlYTa合金粉59_63、N_甲基吡咯烷酮3-5、二硼化鈦13-15、釩鐵渣27-30、硝酸銅 2_4。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米顆粒防電磁干擾的熱障涂層的制作方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將納米四氧化三鐵、NiCoCrAlYTa合金粉于680_750°C高溫處理30-50分鐘，迅速冷卻至室溫，加入硝酸鑭超聲波研磨20-40分鐘，加熱至熔融，攪拌5-8h，真空氣氛下冷凝成型，研磨成粉制得改性金屬粘結(jié)層； (2)將碳粉加入到球磨機(jī)中，噴入熔融狀態(tài)的氯醋樹脂、N-甲基吡咯烷酮拌勻，加入二硼化鈦，常溫下進(jìn)行球磨、混合、打散制得改性碳粉； (3)將改性碳粉、氧化鈰、二氧化鋯、氧化釔經(jīng)1510-1620°C高溫煅燒2_4小時，冷卻加入其它剩余成分研磨至200-300目，制得改性陶瓷粉； (4)將高溫合金基體經(jīng)過超聲除油、噴砂前處理后，通過電熱爆炸噴涂法將步驟(I)物料均勻噴涂在在高溫合金基體上； (5)最后通過大氣等離子噴涂方法，采用500A的噴涂電流將步驟(3)制得改性陶瓷粉沉積在金屬粘結(jié)層上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種納米顆粒防電磁干擾的熱障涂層的制作方法，其特征在于，所述的金屬粘結(jié)層涂覆厚度為100 μ m，陶瓷層涂覆厚度為300 μ m。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種納米顆粒防電磁干擾的熱障涂層的制作方法，其特征在于，所述的高溫合金基體為K4169高溫合金。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米顆粒防電磁干擾的熱障涂層，和傳統(tǒng)的熱障涂層相比較，添加碳粉經(jīng)高溫煅燒改性后可提高陶瓷相的孔隙率，且在噴涂過程中部分粒子在等離子射流中熔化不充分，在撞擊基體時變形程度稍弱，易形成搭接在一起的多孔結(jié)構(gòu)，使涂層的隔熱性能明顯提高，其次本發(fā)明通過改性方法，二氧化鋯晶格中Y3+、Ce4+取代Zr4+，產(chǎn)生了氧空位和局部的應(yīng)力場，增加了晶格中的聲子散射，熱導(dǎo)率明顯降低，而且固溶原子Ce的原子量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Ｙ的原子量，可顯著提高本發(fā)明產(chǎn)品中的聲子的散射強(qiáng)度，從而降低了熱導(dǎo)率，本發(fā)明制備工藝簡單，所制備的涂層具有防電磁干擾、抗熔鹽腐蝕性能和良好的熱震性能。
【IPC分類】C23C4/06, C23C4/12, C23C4/10
【公開號】CN105063544
【申請?zhí)枴緾N201510495381
【發(fā)明人】陳玉峰, 陳坦和, 陳旭東, 陳明祥
【申請人】馬鞍山藍(lán)科再制造技術(shù)有限公司
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月13日