一种抗熔融cmas腐蚀的稀土铝酸盐热障涂层及其制备方法_2

文档序号:9271269阅读:来源:国知局
ym的第二陶瓷层。
[003U 第四步,制备结束,得到含有稀±侣酸盐石恼石结构化合物R3AI讯2或稀±侣酸盐 巧铁矿化合物xai03的双陶瓷层热障涂层。
[0032] 本发明的优点在于:
[0033] 1.所采用制备方法的沉积效率高;
[0034] 2.本发明中的稀±侣酸盐第二陶瓷层具有很低的氧透过率,提高了涂层的抗氧化 性;
[00对 3.本发明中R3AI5O。或稀±渗杂R3AI5O。本身具有较低的热导率,再加上第一陶瓷 层YSZ,所W本发明双陶瓷层热障涂层具有良好的隔热性能;
[0036] 4.根据2鳴-1?2〇3-412〇3;元相图可W看出,R3AI5O。相可W使Zr〇2保持在四方相, 也就是说R3Ale〇i2相可W有效的抑制YSZ陶瓷中的ZrO2发生t-ZrO2到m-ZrO2相变,大大提 高了Zr化的稳定性;
[0037] 5.实验结果表明,本发明制备的双陶瓷层热障涂层具有优异的抗烙融CMAS腐蚀 性能。
【附图说明】
[003引图1是本发明中双陶瓷层热障涂层的截面示意图;
[0039] 图2A、2B分别是YSZ陶瓷层热障涂层表面涂覆CMAS粉末后在1250°C保温化后的 截面形貌图和截面成份面扫描图;
[0040] 图3A是Y3AI乱2/YSZ双陶瓷层热障涂层表面涂覆CMAS粉末后在1250°C保温化后 的截面形貌图和CMS粉能谱成份分析谱图;
[004U 图3B是Y3AI乱2/YSZ双陶瓷层热障涂层表面涂覆CMAS粉末后在1250°C保温化后 的截面形貌图和锭侣石恼石陶瓷层能谱成份分析谱图。
【具体实施方式】
[0042] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0043] 本发明提供一种抗烙融CMAS腐蚀的稀±侣酸盐热障涂层的制备方法,包括下列 步骤:
[0044] 第一步,基体表面喷砂预处理。高温合金基体分别经过200#、400#、600#砂纸打 磨,放入丙酬中进行超声波清洗15minW上,再进行表面喷砂预处理,备用。所述的高温合 金选取K3高温合金。
[0045] 第二步,在基体上制备NiAlDy、NiCoCrAlY或NiAlPt粘结层;
[0046] (A)采用大气等离子喷涂方法制备NiAlDy或NiCoCrAlY粘结层;
[0047] 采用大气等离子喷涂方法在预处理的试样表面制备粘结层,主要工艺参数;电流 为550~700A,电压为50~70V,送粉率为10~20g/min,喷涂距离为100~150mm,主气 流量Ar气为2000~2500L/h,&气流量为5~lOL/min。沉积时间越长,涂层厚度越厚,本 发明中选择沉积时间为10~30min,得到厚度为60~120ym的粘结层。
[0048] 炬)采用电子束物理气相沉积方法制备NiAlDy或NiCoCrAlY粘结层;
[0049] 将第一步准备好的基体试样放置在电子束物理气相沉积设备旋转基板上,依次用 无水己醇、丙酬擦拭试样的表面,将旋转基板放入电子束物理气相沉积设备的沉积室中,沉 积室抽真空至3X1(T中a,预热基板至800°C,电子束电压为19KV,电子束电流为1. 5A,沉积 时间25~40min,粘结层厚度为30~50ym。
[0050] 似采用电锻W及包埋渗的方法制备NiAlPt粘结层;
[0化1] 首先,将第一步准备好的基体试样放入50mol/L的盐酸中活化处理30s~60s后, 再用去离子水冲洗干净。然后,将基体放入Pt电锻液中电锻Pt层,上述Pt电锻液的成分 是;亚硝酸二氨销(Pt(NH3)2(N〇2)2)含量为15~20g/L,硝酸锭(NH4NO3)含量为90~120g/ L,亚硝酸钢(NaN〇2)含量为5~15g/L,氨水(畑3? &0)含量为40~60g/L。电锻Pt的工 艺参数:电流密度为0. 5~2. 5mA/mm2,电锻时间为40~90min,锻液温度70~100°C,电 锻Pt层的厚度为5~15ym。最后采用包埋渗方法渗侣,包埋渗的工艺参数为:保温温度 为1000°C,保温时间为90min,最终得到NiAlPt粘结层,所述NiAlPt粘结层厚度为30~ 50ym。
[0化2] 粘结层制备完毕后进行真空热处理,真空热处理的工艺参数为:温度950°C,保温 时间2.化。
[0化3] 第=步,在粘结层上制备第一陶瓷层和第二陶瓷层;
[0化4] (A)采用大气等离子喷涂方法制备第一陶瓷层和第二陶瓷层;
[0化5] 采用大气等离子喷涂在粘结层表面制备第一陶瓷层,主要工艺参数:电流为 500~650A,电压为45~65V,送粉率为10~20g/min,喷涂距离为80~120mm,主气流量Ar气为2000~2500L/h,&气流量为5~lOL/min。沉积时间越长,涂层厚度越厚,本发明 中选择沉积时间为10~30min,得到厚度为50~120ym的第一陶瓷层。第一陶瓷层制备 完毕后接着按上述工艺参数制备第二陶瓷层。
[0化6] 炬)采用等离子物理气相沉积方法制备第一陶瓷层和第二陶瓷层;
[0化7] 首先,制备第一陶瓷层,具体步骤如下:
[005引炬1)将带有粘结层的合金基体装入夹具中,然后固定到真空室内的自动转动工件 台上,关闭真空室,抽真空,直到真空室的压力低于Imbar;
[0化9] 炬2)设定喷涂电功率为55~100KW,电流为1800~2500A,打开工作气体阀口,弓I 弧,待电弧稳定后,逐步调整气体流量到指定气体流量(Ar35slpm,化30~eOslmp);
[0060] 敝)利用等离子焰流加热基体,红外探头探测基体温度至600~1000°C后,停止 加热;
[006U 炬4)打开装有YSZ粉料的送粉器A,调整送粉率为5~35g/min,喷涂距离为800~ 1400mm,开始沉积YSZ涂层;所述送粉器A中为YSZ粉体。
[0062] 炬5)YSZ涂层沉积结束后,停止送粉;一般沉积时间越长,涂层厚度越厚,本发明 中选择沉积时间为3~15min,得到厚度为40~100ym的第一陶瓷层。
[0063] 然后,沉积第二陶瓷层一一稀±侣酸盐石恼石结构化合物R3AIA2或稀上侣酸盐 巧铁矿化合物XA103,打开装有稀±侣酸盐石恼石结构化合物RsAlgOis或稀±侣酸盐巧铁 矿化合物XA103喷涂粉料的送粉器B,送粉率为5~40g/min,开始沉积新型稀±侣酸盐 RsAlgOis陶瓷层或稀±侣酸盐巧铁矿化合物XA103陶瓷层;沉积时间越长,涂层厚度越厚,本 发明中选择沉积时间为3~15min,得到厚度为40~100ym的第二陶瓷层。
[0064] (C)采用电子束物理气相沉积方法制备第一陶瓷层和第二陶瓷层;
[00化](C1)将YSZ粉体和稀±侣酸盐石恼石结构化合物R3AI5O12粉体或稀±侣酸盐巧铁 矿化合物XA103粉体分别干压成型,制成〇70mmX100mm的YSZ祀材和稀±侣酸盐石恼石 结构化合物R3AI5O12或稀±侣酸盐巧铁矿化合物XA103祀材;
[0066] (C2)将上述两个祀材在200MI^a下冷等静压成型1~化,然后将祀材在高温烧结 炉中1200~1400°C下烧结3~化;
[0067] (C3)将两个祀材放进电子束物理气相沉积设备的相蜗中,高能电子束将YSZ祀材 烙化,祀材发生蒸发、沉积,形成第一陶瓷层,本发明选择的沉积时间为3~15min,得到厚 度为40~100ym的第一陶瓷层;
[0068] (C4)调整高能电子束将稀±侣酸盐石恼石结构化合物R3AI5O12或稀±侣酸盐巧铁 矿化合物xai〇3祀材烙化,祀材发生蒸发、沉积,形成第二陶瓷层,本发明中选择沉积时间为 3~15min,得到厚度为40~100ym的第二陶瓷层。
[0069] 第四步,制备
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