一種復(fù)合隔熱涂層及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及隔熱涂層材料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種復(fù)合隔熱涂層，包括逐層疊置的金屬粘結(jié)層

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種復(fù)合隔熱涂層及其制備方法


[0001]本專利技術(shù)涉及隔熱涂層材料
，具體而言，涉及一種復(fù)合隔熱涂層及其制備方法
。

技術(shù)介紹

[0002]隨著國家載人航天
、
深空探測
、
高超聲速飛行器等技術(shù)的深入發(fā)展，飛行器飛行速度不斷提高，其熱端部件
(
噴管
、
燃燒室
、
渦輪葉片
、
鼻錐等
)
在工作過程中需要經(jīng)受超
1600℃
高溫
、
冷熱沖擊
、
高溫氣流沖刷等嚴(yán)苛環(huán)境，還需要經(jīng)受長時(shí)高溫服役，這對(duì)飛行器金屬結(jié)構(gòu)件的防熱和隔熱綜合性能提出了極高甚至難以企及的要求
。
[0003]在飛行器金屬基體表面涂覆具有優(yōu)異隔熱等性能的熱防護(hù)涂層，可以有效防止基體金屬的氧化
、
燒蝕
、
沖擊破壞作用，從而顯著提高構(gòu)件使用壽命
。
熱障涂層就是一種典型的隔熱涂層，被廣泛用作高溫保護(hù)涂層，以提高燃?xì)廨啓C(jī)
、
飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等耐久性和性能
。
[0004]目前，使用最廣泛的熱障涂層陶瓷材料是
Y2O3部分穩(wěn)定的
ZrO2(Yittium Partially Stabilized Zirconia
，簡稱
YSZ)
，
YSZ
熱障涂層在服役溫度
(1200℃
以下
)
能展現(xiàn)出較為優(yōu)異的綜合性能
。
但是在高于
1200℃
的高溫下會(huì)發(fā)生相變，從而導(dǎo)致涂層的體積增加而形成裂紋，同時(shí)易和工作環(huán)境里的介質(zhì)和雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)從而不斷的消耗陶瓷層中的
Y2O3，引起熱障涂層整體失穩(wěn)和失效
。
基于上述
YSZ
熱障涂層存在的問題，為了增加熱端部件在
1600℃
以上的超高溫情況下的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，可以在熱障涂層表面制備一層抗燒蝕涂層，使其能夠抵抗高溫焰流的沖蝕，避免金屬基體受高溫?fù)p傷而失效
。
[0005]ZrB2基超高溫陶瓷材料具有高熔點(diǎn)
、
低理論密度
、
高強(qiáng)度和硬度
、
高熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率的優(yōu)異性能，且在高溫下能夠保持較好的力學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性，可適用于
2000℃
以上的極端溫度環(huán)境中，成為目前天地往返飛行器
、
高超聲速飛行器和火箭推進(jìn)系統(tǒng)等領(lǐng)域用的理想高溫防護(hù)涂層材料
。
然而，目前的研究發(fā)現(xiàn)，將
YSZ
熱障涂層和
ZrB2基超高溫陶瓷材料進(jìn)行多層疊涂，由于
YSZ
涂層和
ZrB2基涂層的熱膨脹系數(shù)差異較大，無法實(shí)現(xiàn)良好的熱匹配性，這使得涂層難以承受超高溫和寬溫域服役時(shí)的熱應(yīng)力，易出現(xiàn)涂層剝落等問題
。
[0006]針對(duì)上述情況，現(xiàn)提出了采用多層復(fù)合的涂層體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)涂層的多種性能需求
。
如公開號(hào)為
CN111500967A
的專利，就提出了一種鎢銅合金表面隔熱
/
抗燒蝕一體化復(fù)合涂層及其制備方法，從鎢銅合金表面起，依次包括金屬黏結(jié)層
、
陶瓷內(nèi)層
、
陶瓷過渡層和陶瓷外層，陶瓷內(nèi)層為氧化鋁層，陶瓷過渡層為氧化鋁
?
稀土鋯酸鹽層，陶瓷外層為稀土鋯酸鹽層，其中，陶瓷外層采用的稀土鋯酸鹽陶瓷材料，熱導(dǎo)率低，具有優(yōu)異的隔熱性能和較好的抗燒蝕性能；通過設(shè)置多層梯度漸變涂層結(jié)構(gòu)，有利于降低熱膨脹不匹配引起的應(yīng)力，提高涂層的高溫服役性能
。
然而，上述方案中，稀土鋯酸鹽和氧化鋁存在脆性大
、
韌性不足
、
抗超高溫氧化和抗燒蝕等性能較差等缺點(diǎn)，難以經(jīng)受超過
1600℃
的極端高溫
、
富氧
、
氣流沖刷等嚴(yán)苛的高溫條件
。
[0007]因此，現(xiàn)亟需一種耐高溫性能更突出的熱防護(hù)涂層體系
。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0008]本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題：
[0009]現(xiàn)有的多層復(fù)合式隔熱涂層中，為提升涂層的隔熱
、
抗燒蝕等性能而采用金屬黏結(jié)層
、
陶瓷內(nèi)層
、
陶瓷過渡層和陶瓷外層等結(jié)合使用，其中，為進(jìn)一步解決多層涂層之間的熱膨脹問題，有研究提出采用稀土鋯酸鹽陶瓷材料作為陶瓷外層，以降低熱膨脹不匹配而引起的應(yīng)力，但是稀土鋯酸鹽陶瓷存在脆性大
、
韌性低
、
耐高低溫循環(huán)沖擊性差
、
抗燒蝕能力不足等的問題，難以實(shí)現(xiàn)在航空航天等領(lǐng)域中使用
。
[0010]本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案：
[0011]本專利技術(shù)提供了一種復(fù)合隔熱涂層包括逐層疊置的金屬粘結(jié)層
、
陶瓷隔熱層
、
陶瓷阻氧過渡層和陶瓷抗燒蝕層，所述金屬粘結(jié)層靠近待涂基體表面；所述陶瓷隔熱層為多元稀土氧化物摻雜
YSZ
涂層，所述多元稀土氧化物選自
CeO2、La2O3、Sm2O3、Yb2O3中的兩種或多種
。
[0012]優(yōu)選地，所述多元稀土氧化物摻雜
YSZ
粉末的制備方法如下：將
YSZ
粉末
、
稀土氧化物粉末
、
聚乙烯醇與去離子水混勻，球磨，制成漿料；再通過噴霧干燥，得到多元稀土氧化物摻雜
YSZ
粉末
。
進(jìn)一步地，噴霧干燥工藝參數(shù)為：進(jìn)口溫度為
220
～
230℃
，出口溫度為
110
～
120℃
，霧化器轉(zhuǎn)速為
20
～
30Hz。
[0013]優(yōu)選地，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，所述多元稀土氧化物摻雜
YSZ
粉末的制備過程中，聚乙烯醇占1～3％，去離子水占
40
～
45
％，余量為
YSZ
粉末和稀土氧化物粉末
。
[0014]優(yōu)選地，所述陶瓷阻氧過渡層為
Yb3Al5O
12
。
[0015]優(yōu)選地，所述陶瓷抗燒蝕層為
ZrB2?
SiC
超高溫陶瓷
。
[0016]優(yōu)選地，所述金屬粘結(jié)層為
NiCrAlY、CoCrAlY
或
CoNiCrAlY
中的一種或多種
。
[0017]本專利技術(shù)還提供了一種如上述的復(fù)合隔熱涂層的制備方法，包括如下步驟：
[0018]S1
在待涂基體表面噴砂，采用大氣等離子噴涂工藝在噴砂表面噴涂
NiCrAlY
粉末和
/
或...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.
一種復(fù)合隔熱涂層，其特征在于，包括逐層疊置的金屬粘結(jié)層
、
陶瓷隔熱層
、
陶瓷阻氧過渡層和陶瓷抗燒蝕層，所述金屬粘結(jié)層靠近待涂基體表面；所述陶瓷隔熱層為多元稀土氧化物摻雜
YSZ
涂層，所述多元稀土氧化物選自
CeO2、La2O3、Sm2O3、Yb2O3中的兩種或多種
。2.
根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合隔熱涂層，其特征在于，所述多元稀土氧化物摻雜
YSZ
粉末的制備方法如下：將
YSZ
粉末
、
稀土氧化物粉末
、
聚乙烯醇與去離子水混勻，球磨，制成漿料；再通過噴霧干燥，得到多元稀土氧化物摻雜
YSZ
粉末
。3.
根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合隔熱涂層，其特征在于，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，所述多元稀土氧化物摻雜
YSZ
粉末的制備過程中，聚乙烯醇占1～3％，去離子水占
40
～
45
％，余量為
YSZ
粉末和稀土氧化物粉末
。4.
根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合隔熱涂層，其特征在于，所述陶瓷阻氧過渡層為
Yb3Al5O
12
。5.
根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合隔熱涂層，其特征在于，所述陶瓷抗燒蝕層為
ZrB2?
SiC
超高溫陶瓷
。6.
根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合隔熱涂層，其特征在于，所述金屬粘結(jié)層為
NiCrAlY、CoCrAlY
或
CoNiCrAlY
中的一種或多種
。7.
一種如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合隔熱涂層的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
S1
在待涂基體表面噴砂，采用大氣等離子噴涂工藝在噴砂表面噴涂
NiCrAlY
粉末和
/
或
CoCrAlY
粉末和
/
或
...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：樊坤陽，姜文煌，馮威，黃彥彥，楊旭林，董云輝，劉清泉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：成都大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：