CN112176275B - 一种热障涂层及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热障涂层及其制备方法和应用。所述热障涂层包括金属粘结底层和陶瓷隔热面层，所述金属粘结底层包括镍、钴、铬、铝和钇，所述陶瓷隔热面层包括氧化铈和氧化钇部分稳定的氧化锆。所述热障涂层应用于薄壁件，具有优异的抗氧化性和耐磨性，且孔隙率低，结合强度高，从而大大提高尾喷管隔热屏的服役寿命。

Description

一种热障涂层及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于热障涂层领域，具体涉及一种热障涂层及其制备方法和应用。
背景技术
目前有关航空发动机，特别是喷气式发动机的研制工作主要集中在技术差距比较大的粉末冶金涡轮盘、单晶涡轮叶片、钛合金压气机叶片等“两片一盘”核心关键技术的攻关上。事实上，对于喷气发动机来说，发动机尾喷管组件同样有着举足轻重的作用，因为喷管是使涡轮出口的高温高压气体继续膨胀，把高压燃气的可用热能转变为动能，并将气体向外高速喷射而产生反作用力推动飞行器前进的核心部件。其中，加力燃烧室作为尾喷管重要部件，对飞机性能有重要影响。采用加力燃烧室能大幅增大发动机的单位迎面推力和推重比，全面改善飞机的机动性并扩大飞行包线，提高歼击机的制空能力。
为了保证加力燃烧室的可靠工作，在加力筒体外壁和燃气之间铺设一层隔热屏，可有效降低燃气对加力筒体外壁热传导，降低外壁温度，并且可通过隔热屏和外壁之间加入冷却空气以进一步降低外壁壁温，隔热屏为薄壁结构，其轴线与燃气流平行，负荷很小，但由于工作温度约为800-1000K，热应力大从而易出现裂纹、变形、烧蚀等故障。而随着现代战争形式的发展，人们对装备超视距远程攻击、快速突防等能力越来越重视，相应地对航空航天装备动力***的性能提出了更高要求，第4代发动机平均加力温度高达2100-2200K，核心燃烧气流甚至可达3000K。这意味着必须充分利用加力进口的空气参与燃烧，进一步减少隔热屏冷却空气量，从而对隔热屏的要求更为苛刻。
目前，广泛应用的热障涂层材料氧化钇部分稳定的氧化锆在其工作温度高于1000℃时，极易发生相变，使热障涂层开裂失效。在高温时，氧化钇部分稳定的氧化锆涂层极易烧结及晶粒长大，导致涂层的热导率上升，杨氏模量增大，从而加速热障涂层的剥落失效。
CN1217869C公开了一种供使用的耐磨产品，在玻璃制品的制造过程中，浸没或者部分浸没在熔融玻璃中，该产品具有一个陶瓷部件，在其熔融玻璃的接触表面上涂覆有一层由镍铬-铝-钴-氧化钇合成物粉末组成的薄的基层涂层，以及在基层涂层上涂覆一层由预合金的二氧化铈-氧化钇稳定的氧化锆组成的厚一点的涂层。然而，该涂层只能在玻璃制品的制造过程中形成在玻璃制品表面，而无法在金属基体表面形成，而且耐磨和耐高温性能有待提高。
CN110325666A公开了一种用于燃气涡轮发动机的翼型的涂层和施加涂层的方法，涂层***包括：覆盖镍基合金基底的CrAl层、覆盖CrAl层的NiCrAlY层以及覆盖NiCrAlY层的氧化钇稳定的氧化锆热障涂层，形成涂层***的方法包括以下步骤：空气等离子喷涂NiCrAlY层、以及空气等离子喷涂氧化钇稳定的氧化锆热障涂层。在高温时，YSZ涂层极易烧结及晶粒长大，导致涂层的热导率上升，杨氏模量增大，从而加速热障涂层的剥落失效，因此，发动机尾喷管零件的腐蚀、磨损、氧化和蠕变等问题。
因此，目前急需开展高性能喷气发动机尾喷管关键零件表面新型耐磨、耐高温防护涂层设计制备技术研究，提升发动机尾喷管关键零件的服役性能和寿命，为新型航空、航天装备的研制做好技术贮备。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种热障涂层及其制备方法和应用。所述热障涂层具有优异的抗氧化性和耐磨性，且孔隙率低，结合强度高，从而大大提高尾喷管隔热屏的服役寿命。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种热障涂层，所述热障涂层包括金属粘结底层和陶瓷隔热面层，所述金属粘结底层包括镍、钴、铬、铝和钇，所述陶瓷隔热面层包括氧化铈和氧化钇部分稳定的氧化锆。
在本发明中，通过使用高效能超音速等离子喷涂***先在基体的表面喷涂NiCoCrAlY合金粉末形成粘结层，进而再将氧化铈和氧化钇部分稳定的氧化锆形成的陶瓷复合粉末喷涂在粘结层的表面以形成热障涂层。在传统氧化钇部分稳定的氧化锆热障涂层中加入了稀土元素氧化铈，氧化铈的加入可有效降低涂层热导率，其抗氧化性与耐磨性能也得到提高。同时，NiCoCrAlY合金粉末形成的中间粘结层可以提高陶瓷热喷涂涂层与基体之间的结合强度，而且，NiCoCrAlY合金粉末形成中间粘结层同样也存在一定的阻热性。
优选地，所述金属粘结底层按质量百分含量计包括：钴20-25％、铬15-20％、铝10-15％、钇0.1-1％，余量为镍。
以所述金属粘结底层的质量含量为100％计，钴含量为20-25％，例如可以是20％、20.5％、21％、21.5％、22％、22.2％、22.5％、22.8％、23％、23.2％、23.5％、24％、24.5％、25％等。
以所述金属粘结底层的质量含量为100％计，铬含量为15-20％，例如可以是15％、15.5％、16％、16.2％、16.4％、16.8％、17％、17.2％、17.4％、17.6％、17.8％、18％、18.5％、19％、19.5％、20％等。
以所述金属粘结底层的质量含量为100％计，铝含量为10-15％，例如可以是10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.2％、12.5％、12.8％、13％、13.2％、13.5％、14％、14.5％、15％等。
以所述金属粘结底层的质量含量为100％计，钇含量为0.1-0.5％，例如可以是0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％等。
优选地，所述陶瓷隔热面层按质量百分含量计包括：氧化铈18-22％和氧化钇部分稳定的氧化锆78-82％。
以所述陶瓷隔热面层质量含量为100％计，氧化铈含量为18-22％，例如可以是18％，18.5％，19％，19.5％，20％，20.5％，21％，21.5％，22％。
以所述陶瓷隔热面层质量含量为100％计，氧化钇部分稳定的氧化锆含量为78-82％，例如可以是78％，78.5％，79％，79.5％，80％，80.5％，81％，81.5％，82％。
优选地，所述氧化钇部分稳定的氧化锆按质量百分含量计包括：氧化钇6-8％和氧化锆92-94％。
以氧化钇部分稳定的氧化锆质量含量为100％计，氧化钇含量为6-8％，例如可以是6％，6.5％，7％，7.5％，8％等。
以氧化钇部分稳定的氧化锆质量含量为100％计，氧化锆含量为92-94％，例如可以是92％，92.5％，93％，93.5％，94％等。
优选地，所述金属粘结底层的厚度为50-70μm，例如可以是50μm、52μm、54μm、56μm、58μm、60μm、62μm、64μm、66μm、68μm、70μm等。
优选地，所述陶瓷隔热面层的厚度为90-110μm，例如可以是90μm、92μm、94μm、96μm、98μm、100μm、102μm、104μm、106μm、108μm、110μm等。
优选地，所述陶瓷隔热面层在500-1000℃(例如可以是500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃等)下的热导率为1.12-1.24W/mk，例如可以是1.12W/mk、1.15W/mk、1.18W/mk、1.20W/mk、1.21W/mk、1.24W/mk。
优选地，所述陶瓷隔热面层孔隙率为2.4-2.8％，例如可以是2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％。
优选地，所述陶瓷隔热面层结合强度为47-52MPa，例如可以是47MPa、48MPa、49MPa、50MPa、51MPa、52MPa。
优选地，所述陶瓷隔热面层在1300℃下，0-100小时(例如可以是10小时、20小时、30小时、40小时、50小时、60小时、70小时、80小时、90小时、100小时等)增重为0.5×103-0.6×103g/m2，例如可以是0.50×103g/m2、0.51×103g/m2、0.52×103g/m2、0.53×103g/m2、0.54×103g/m2、0.55×103g/m2、0.56×103g/m2、0.57×103g/m2、0.58×103g/m2、0.59×103g/m2、0.60×103g/m2等。
优选地，所述陶瓷隔热面层在800℃下5N载荷时磨痕深度45-47μm，例如可以是45μm、45.2μm、45.4μm、45.6μm、45.8μm、46.0μm、46.2μm、46.4μm、46.6μm、46.8μm、47μm等。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的热障涂层的制备方法，所述热障涂层的制备方法为：采用高效能超音速等离子喷涂***将金属粘结底层和陶瓷隔热面层喷涂在金属基体上，形成所述的热障涂层。
在本发明中，所述热障涂层由高效能超音速等离子喷涂***(HEPJet)制备而成，相较于常规等离子喷涂***，HEPJet产生的焰流具有高速高温的特点，采用其制备的热障涂层孔隙率低，结合强度高，从而大大提高尾喷管隔热屏的服役寿命。所述金属基体材质包括GH4169或GH30中的任意一种。
优选地，所述热障涂层的制备方法包括以下步骤：
(1)将镍粉、钴粉、铬粉、铝粉和钇粉混合，得到NiCoCrAlY混合粉末后，利用高效能超音速等离子喷涂***将所述NiCoCrAlY混合粉末喷涂在金属基体上，形成金属粘结底层；
(2)将氧化铈粉末和氧化钇部分稳定的氧化锆粉末混合，得到氧化铈掺杂氧化钇部分稳定的氧化锆粉末后，利用高效能超音速等离子喷涂***将所述氧化铈掺杂氧化钇部分稳定的氧化锆粉末喷涂在所述金属粘结底层上，形成陶瓷隔热面层。
优选地，步骤(1)中，所述NiCoCrAlY混合粉末的粒径为15-45μm，例如可以是15μm、16μm、18μm、20μm、22μm、24μm、26μm、28μm、30μm、32μm、34μm、36μm、38μm、40μm、41μm、43μm、45μm等。
优选地，步骤(1)中，所述喷涂的电流为395-400A，例如可以是395A、396A、397A、398A、399A、400A，所述喷涂的电压为135-140V，例如可以是135V、136V、137V、138V、139V、140V等。
优选地，步骤(1)中，所述喷涂的主气为氩气，所述喷涂的主气流量为180-220L/min，例如可以是180L/min、185L/min、190L/min、195L/min、200L/min、205L/min、210L/min、215L/min、220L/min等；所述喷涂的次气为氢气，所述喷涂的次气流量为3-4L/min，例如可以是3L/min、3.2L/min、3.4L/min、3.6L/min、3.8L/min、4L/min等。
优选地，步骤(1)中，所述喷涂的粉气流量为7.4-7.6m3/h，例如可以是7.4m3/h、7.45m3/h、7.5m3/h、7.55m3/h、7.6m3/h等，喷涂的送粉气压力为0.3-0.5MPa，例如可以是0.3MPa、0.35MPa、0.4MPa、0.45MPa、0.5MPa等。
优选地，步骤(1)中，所述喷涂的喷涂距离为100-110mm，例如可以是100mm、103mm、105mm、108mm、110mm等。
优选地，步骤(2)中，所述氧化铈掺杂氧化钇部分稳定的氧化锆粉末的粒径为20-70μm，例如可以是20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm等。
优选地，步骤(2)中，所述喷涂的电流为440-450A，例如可以是440A、442A、445A、447A、450A等，所述喷涂的电压为130-140V，例如可以是130V、133V、135V、137V、140V等。
优选地，步骤(2)中，所述喷涂的主气为氩气，所述喷涂的主气流量为120-140L/min，例如可以是120L/min、125L/min、130L/min、135L/min、140L/min等，所述喷涂的次气为氢气，所述喷涂的次气流量为12-14L/min，例如可以是12L/min、12.5L/min、13L/min、13.5L/min、14L/min等。
优选地，步骤(2)中，所述喷涂的粉气流量为7.8-8.2m3/h，例如可以是7.8m3/h、7.9m3/h、8.0m3/h、8.1m3/h、8.2m3/h等，所述喷涂的送粉气压力为0.3-0.5MPa，例如可以是0.3MPa、0.35MPa、0.4MPa、0.45MPa、0.5MPa等。
优选地，步骤(2)中，所述喷涂的喷涂距离为100-110mm，例如可以是100mm、103mm、105mm、107mm、110mm等。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的热障涂层在制备飞机尾喷管隔热屏中的应用。
由于飞机尾喷管在高温冲蚀下，导致内部隔热屏烧蚀、氧化、磨损严重，其主要原因是长时间的热疲劳，使隔热屏内部的热应力增加，以及长时间的高温氧化加速了裂纹的萌生，另外，空气中及燃料中的氧化物颗粒对隔热屏也会造成一定量的磨损。而将本发明所述的热障涂层用于制备飞机尾喷管隔热屏，本发明制备的热障涂层有较低的热导率、较好的抗氧化性能及耐磨性能。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明所述热障涂层以CoNiCrAlY为金属粘结底层，可以提高陶瓷热喷涂涂层与基体之间的结合强度，并具有一定的阻热性；以氧化铈掺杂的氧化钇部分稳定的氧化锆作为陶瓷隔热面层，可有效降低涂层热导率，并提高抗氧化性和耐磨性能。
附图说明
图1为本发明所述热障涂层的结构示意图；
其中，1为陶瓷隔热面层，2为金属粘结底层，3为金属基体；
图2为实施例1提供的热障涂层的表面形貌图；
图3为实施例1提供的热障涂层的截面形貌图；
图4为实施例1和对比例1提供的热障涂层结合强度对比。
图5为实施例1和对比例1提供的陶瓷隔热面层的热导率测试结果对比图；
图6为实施例1和对比例1提供的陶瓷隔热面层的抗氧化性测试结果对比图；
图7为实施例1提供的陶瓷隔热面层的耐磨性测试磨痕结果图；
图8为对比例1提供的陶瓷隔热面层的耐磨性测试磨痕结果图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
图1为本发明所述热障涂层的结构示意图，由图1所示，本发明先在金属基体3的表面喷涂形成金属粘结底层2，进而再在金属粘结底层2的表面喷涂形成陶瓷隔热面层1。
下述实施例中各组分来源如下所示：镍、钴、铬、铝、钇粉购于(厂家：北京桑斯普瑞新材料有限公司)、氧化铈掺杂氧化钇部分稳定的氧化锆购于(厂家：北京桑斯普瑞新材料有限公司)。
实施例1
本实施例提供一种热障涂层，所述热障涂层的制备方法包括以下步骤：
(1)将47.5wt％的镍粉、23wt％的钴粉、17wt％的铬粉、12wt％的铝粉和0.5wt％的钇粉混合，得到NiCoCrAlY混合粉末后，利用高效能超音速等离子喷涂***将所述NiCoCrAlY混合粉末喷涂在GH4169或者GH30金属基体上，所述喷涂的电流为400A，电压为140V，主气为氩气，主气流量为200L/min，喷涂的次气为氢气，次气流量为3.4L/min，粉气流量为7.5m3/h，送粉气压力为0.4MPa，喷涂距离为110mm，形成平均厚度为60μm的金属粘结底层；
(2)将20wt％的氧化铈粉末和80wt％的氧化钇部分稳定的氧化锆粉末(所述氧化钇部分稳定的氧化锆粉末中包括8wt％的氧化钇和92wt％的氧化锆粉末)混合，得到氧化铈掺杂氧化钇部分稳定的氧化锆粉末后，利用高效能超音速等离子喷涂***将所述氧化铈掺杂氧化钇部分稳定的氧化锆粉末喷涂在所述金属粘结底层上，所述喷涂的电流为450A，电压为140V，主气为氩气，主气流量为130L/min，喷涂的次气为氢气，次气流量为12L/min，粉气流量为8m3/h，送粉气压力为0.4MPa，喷涂距离为100mm，形成平均厚度为100μm的陶瓷隔热面层。
图2为实施例1提供的热障涂层的表面形貌图，由图2所示，其表面熔化情况良好，未熔颗粒较少；图3为实施例1提供的热障涂层的截面形貌，由图3所示，由高性能超音速等离子喷涂***制备的涂层，其截面孔隙率较低。
实施例2
本实施例提供一种热障涂层，与实施例1的区别仅在于，所述金属粘结底层的平均厚度为50μm，陶瓷隔热面层的厚度为110μm。
实施例3
本实施例提供一种热障涂层，与实施例1的区别仅在于，所述金属粘结底层的平均厚度为70μm，陶瓷隔热面层的厚度为90μm。
实施例4
本实施例提供一种热障涂层，与实施例1的区别仅在于，步骤(2)中所述将氧化铈的含量为5wt％，氧化钇部分稳定的氧化锆的含量95wt％，其他组分含量及制备方法同实施例1。
实施例5
本实施例提供一种热障涂层，与实施例1的区别仅在于，步骤(2)中所述将氧化铈的含量为35wt％，氧化钇部分稳定的氧化锆的含量65wt％，其他组分含量及制备方法同实施例1。
实施例6
本实施例提供一种热障涂层，与实施例1的区别仅在于，步骤(1)中，所述喷涂的主气流量为130L/min，次气流量为12L/min。
实施例7
本实施例提供一种热障涂层，与实施例1的区别仅在于，步骤(1)中，粉气流量为8m3/h，送粉气压力为0.4MPa，喷涂距离为100mm。
实施例8
本实施例提供一种热障涂层，与实施例1的区别仅在于，步骤(2)中，喷涂的电流为400A，电压为140V。
实施例9
本实施例提供一种热障涂层，与实施例1的区别仅在于，步骤(2)中，所述喷涂的主气流量为200L/min，次气流量为3.4L/min。
实施例10
本实施例提供一种热障涂层，与实施例1的区别仅在于，步骤(2)中，粉气流量为7.5m3/h，送粉气压力为0.4MPa，喷涂距离为130mm。
对比例1
本对比例提供一种热障涂层，所述热障涂层的制备方法包括以下步骤：
(1)将47.5wt％的镍粉、23wt％的钴粉、17wt％的铬粉、12wt％的铝粉和0.5wt％的钇粉混合，得到NiCoCrAlY混合粉末后，利用高效能超音速等离子喷涂***将所述NiCoCrAlY混合粉末喷涂在金属基体上，所述喷涂的电流为400A，电压为140V，主气为氩气，主气流量为200L/min，喷涂的次气为氢气，次气流量为3.4L/min，粉气流量为7.5m3/h，送粉气压力为0.4MPa，喷涂距离为110mm，形成平均厚度为60μm的金属粘结底层；
(2)利用高效能超音速等离子喷涂***将氧化钇部分稳定的氧化锆粉末喷涂在所述金属粘结底层上，所述喷涂的电流为450A，电压为140V，主气为氩气，主气流量为130L/min，喷涂的次气为氢气，次气流量为12L/min，粉气流量为8m3/h，送粉气压力为0.4MPa，喷涂距离为100mm，形成平均厚度为100μm的陶瓷隔热面层。
对比例2
本对比例提供一种热障涂层，所述热障涂层的制备方法包括以下步骤：
(1)将47.5wt％的镍粉、23wt％的钴粉、17wt％的铬粉、12wt％的铝粉和0.5wt％的钇粉混合，得到NiCoCrAlY混合粉末后，利用等离子喷涂***将所述NiCoCrAlY混合粉末喷涂在金属基体上，形成平均厚度为60μm的金属粘结底层；
(2)将20wt％的氧化铈粉末和80wt％的氧化钇部分稳定的氧化锆粉末(所述氧化钇部分稳定的氧化锆粉末中包括8wt％的氧化钇和92wt％的氧化锆粉末)混合，得到氧化铈掺杂氧化钇部分稳定的氧化锆粉末后，利用等离子喷涂***将所述氧化铈掺杂氧化钇部分稳定的氧化锆粉末喷涂在所述金属粘结底层上，形成平均厚度为100μm的陶瓷隔热面层。
性能测试
分别对上述实施例1-10提供的热障涂层和对比例1-3提供的热障涂层进行各项性能测试，具体测试方法如下所示：
(1)热导率：使用超音速等离子喷涂***(HEPJet)将涂层沉积到铝制凹槽中，随后采用NaOH溶液将铝制凹槽溶解，取出沉积的涂层试样后，采用砂纸打磨，最后制得直径12mm，厚度1.5mm左右的涂层试样。采用LFA1000激光热导仪测试涂层在500-1000℃的热扩散系数及比热容；采用阿基米德排水法测得涂层密度，最后涂层热导率由公式得：λ＝αCpρ；
其中，λ为热导率，单位为W/mK；α为热扩散系数，CP为热容，ρ为密度。
(2)抗氧化性：采用HEPJet制备涂层，将涂层包裹住试样，将制备好的试样分成10份，在保温前测量每份试样的重量，随后将试样放置在高温烧结炉中在1300℃下保温100h，期间，每10h取出一次称重。
(3)耐磨性：采用对磨的形式进行耐磨性对比，对磨形式选为点接触摩擦，对磨试样选择Al2O3球，载荷为5N，频率为10Hz，时间为30min，温度为800℃，Al2O3球直径为6mm，行程7mm，以检测摩擦系数、磨损量及磨痕深度的形式对比耐磨性能。
(4)结合强度：采用拉伸实验机对涂层结合强度进行测试，每种涂层测试多次后取平均值。
具体测试结果如下表1所示：
表1
Figure BDA0002743094330000131
由表1测试数据可知，实施例2-4结合强度都偏低，实施例5-7氧化增重偏高，实施例8-10结合强度偏低，对比例1和2热导率偏高。结合强度偏低。本发明实施例1所述陶瓷隔热面层在500-1000℃下的热导率为1.12-1.24W/mk，在1300℃下氧化增重约为0.5×103-0.6×103g/m2，在800℃下，5N载荷时磨痕深度分别为46.06μm，，结合强度为50MPa，并且其厚度适合薄壁件。由此，充分说明本发明通过使用高效能超音速等离子喷涂***先在基体的表面喷涂CoNiCrAlY合金粉末形成粘结层，进而再将氧化铈和氧化钇部分稳定的氧化锆形成的陶瓷复合粉末喷涂在粘结层的表面以形成热障涂层。在传统氧化钇部分稳定的氧化锆热障涂层中加入了稀土元素氧化铈，氧化铈的加入可有效降低涂层热导率，其抗氧化性与耐磨性能也得到提高。
其中，图4为实施例1和对比例1提供的热障涂层的结合强度对比，实施例1的平均结合强度为50MPa高于对比例1的46MPa。
图5为实施例1和对比例1提供的热障涂层的热导率测试的结果对比图，由图5所示，在500-1000℃下实施例1热导率为1.117-1.237W/mk，对比例1热导率为1.287-1.375W/mk，由此可见实施例1热导率低于比例1热导率，其隔热性能更好。
图6为实施例1和对比例1提供的热障涂层的抗氧化性测试的结果对比图，由图6所示，在1300℃下，实施例1氧化增重约为0.58×103g/m2，对比例1氧化增重约为1.1×103g/m2，由此说明实施例1抗氧化性优于对比例1。
图7为实施例1提供的陶瓷隔热面层的耐磨性测试磨痕结果图，图8为对比例1提供的陶瓷隔热面层的耐磨性测试磨痕结果图，由图7实施例与图8对比例所示，实施例1在5N载荷下磨痕深度为46.06μm对比例1在5N载荷下磨痕深度为90.65μm，实施例1的耐磨性优于对比例1。
申请人声明，本发明通过上所述热障涂层及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上所述实施例，即不意味着本发明必须依赖上所述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (15)

1.一种热障涂层，其特征在于，所述热障涂层包括金属粘结底层和陶瓷隔热面层，所述金属粘结底层包括镍、钴、铬、铝和钇，所述陶瓷隔热面层包括氧化铈和氧化钇部分稳定的氧化锆；
所述陶瓷隔热面层按质量百分含量计包括：氧化铈18-22％和氧化钇部分稳定的氧化锆78-82％；
所述热障涂层由以下制备方法制备得到：
(1)将镍粉、钴粉、铬粉、铝粉和钇粉团聚混合，得到NiCoCrAlY混合粉末后，利用高效能超音速等离子喷涂***将所述NiCoCrAlY混合粉末喷涂在金属基体上，形成金属粘结底层；
步骤(1)中，所述喷涂的主气为氩气，所述喷涂的主气流量为180-220L/min；所述喷涂的次气为氢气所述喷涂的次气流量为3-4L/min；所述喷涂的粉气流量为7.4-7.6m3/h，所述喷涂的送粉气压力为0.3-0.5MPa；所述喷涂的喷涂距离为100-110mm；
(2)将氧化铈粉末和氧化钇部分稳定的氧化锆粉末团聚混合，得到氧化铈掺杂氧化钇部分稳定的氧化锆粉末后，利用高效能超音速等离子喷涂***将所述氧化铈掺杂氧化钇部分稳定的氧化锆粉末喷涂在所述金属粘结底层上，形成陶瓷隔热面层；
步骤(2)中，所述喷涂的电流为440-450A，所述喷涂的电压为130-140V；所述喷涂的主气为氩气，所述喷涂的主气流量为120-140L/min；所述喷涂的次气为氢气，所述喷涂的次气流量为12-14L/min；所述喷涂的粉气流量为7.8-8.2m3/h，所述喷涂的送粉气压力为0.3-0.5MPa；所述喷涂的喷涂距离为100-110mm。
2.根据权利要求1所述的热障涂层，其特征在于，所述金属粘结底层按质量百分含量计包括：钴20-25％、铬15-20％、铝10-15％、钇0.1-0.5％，余量为镍。
3.根据权利要求1所述的热障涂层，其特征在于，所述氧化钇部分稳定的氧化锆按质量百分含量计包括：氧化钇6-8％和氧化锆92-94％。
4.根据权利要求1所述的热障涂层，其特征在于，所述金属粘结底层的厚度为50-70μm。
5.根据权利要求1所述的热障涂层，其特征在于，所述陶瓷隔热面层的厚度为90-110μm。
6.根据权利要求1所述的热障涂层，其特征在于，所述陶瓷隔热面层在500-1000℃下的热导率为1.12-1.24W/mk。
7.根据权利要求1所述的热障涂层，其特征在于，所述陶瓷隔热面层孔隙率为2.4-2.8％。
8.根据权利要求1所述的热障涂层，其特征在于，所述陶瓷隔热面层结合强度为47-52MPa。
9.根据权利要求1所述的热障涂层，其特征在于，所述陶瓷隔热面层在1300℃下，0-100小时增重为0.5×103-0.6×103g/m2。
10.根据权利要求1所述的热障涂层，其特征在于，所述陶瓷隔热面层在800℃下5N载荷时磨痕深度45-47μm。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的热障涂层的制备方法，其特征在于，所述热障涂层的制备方法包括以下步骤：
(1)将镍粉、钴粉、铬粉、铝粉和钇粉团聚混合，得到NiCoCrAlY混合粉末后，利用高效能超音速等离子喷涂***将所述NiCoCrAlY混合粉末喷涂在金属基体上，形成金属粘结底层；
步骤(1)中，所述喷涂的主气为氩气，所述喷涂的主气流量为180-220L/min；所述喷涂的次气为氢气所述喷涂的次气流量为3-4L/min；所述喷涂的粉气流量为7.4-7.6m3/h，所述喷涂的送粉气压力为0.3-0.5MPa；所述喷涂的喷涂距离为100-110mm；
(2)将氧化铈粉末和氧化钇部分稳定的氧化锆粉末团聚混合，得到氧化铈掺杂氧化钇部分稳定的氧化锆粉末后，利用高效能超音速等离子喷涂***将所述氧化铈掺杂氧化钇部分稳定的氧化锆粉末喷涂在所述金属粘结底层上，形成陶瓷隔热面层；
步骤(2)中，所述喷涂的电流为440-450A，所述喷涂的电压为130-140V；所述喷涂的主气为氩气，所述喷涂的主气流量为120-140L/min；所述喷涂的次气为氢气，所述喷涂的次气流量为12-14L/min；所述喷涂的粉气流量为7.8-8.2m3/h，所述喷涂的送粉气压力为0.3-0.5MPa；所述喷涂的喷涂距离为100-110mm。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述NiCoCrAlY混合粉末的粒径为15-45μm。
13.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述喷涂的电流为395-400A，所述喷涂的电压为135-140V。
14.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述氧化铈掺杂氧化钇部分稳定的氧化锆粉末的粒径为20-70μm。
15.根据权利要求1-10中任一项所述的热障涂层在制备飞机尾喷管隔热屏中的应用。
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