CN114438434B - 一种多层高反射率隔热涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多层高反射率隔热涂层及其制备方法,具体涉及一种Y2O3‑Al2O3/YSZ/NiCrCoAlY三层结构涂层制备方法,属于新材料领域。本发明制的涂层为三层结构,底层为金属层,中间为YSZ,顶层为Y2O3‑Al2O3;顶层的Y2O3‑Al2O3通过大气等离子喷涂方式制备在YSZ层上。本发明采用等离子喷涂制备,顺序按照NiCrCoAlY/YSZ/Y2O3‑Al2O3顺序制备,其热膨胀系数逐层递减,形成压应力,抑制裂纹生长,层间结合力强。
Description
技术领域
本发明涉及一种多层高反射率隔热涂层及其制备方法,具体涉及一种Y2O3-Al2O3/YSZ/NiCrCoAlY三层结构涂层制备方法,属于新材料领域。
背景技术
目前,仓库等建筑通常采用反射涂料进行降温隔热防护,这种涂料可以起到一定的降温隔热作用,但其耐蚀性、耐水性较差,结合力较弱,特别是当部分仓库以金属作为结构材料时,这种涂料的结合力更是大幅减少,远低于10MPa,这就导致了这种隔热涂层很容易剥落、失效,影响其隔热效果。
发明内容
本发明的目的是为了解决技术存在安全隐患的问题,提供一种多层高反射率隔热涂层及其制备方法;该涂层为三层结构,底层为金属层,中间为YSZ,顶层为Y2O3-Al2O3;顶层的Y2O3-Al2O3通过大气等离子喷涂方式制备在YSZ层上。
本发明是通过下述技术方案实现的。
一种多层高反射率隔热涂层,三层结构,底层为金属层,中间为YSZ,顶层为Y2O3-Al2O3;顶层的Y2O3-Al2O3通过大气等离子喷涂方式制备在YSZ层上;所述涂层的表面平均近红外反射率高于75%。
所述金属层的厚度为0.05mm~0.1mm,组成成分为NiCrCoAlY;
所述YSZ层厚度为0.2mm~0.3mm;
所述Y2O3-Al2O3层厚度为0.1mm~0.15mm;
所述涂层的表面平均近红外反射率高于75%;
所述涂层三层结构区分明显,结合紧密。
一种热障涂层等离子喷涂制备工艺,所述方法步骤如下:
(1)选取粒径为20~90μm的喷涂用Y2O3、Al2O3,按照摩尔比3:5比例混合、过筛,得到Y2O3-Al2O3混合粉。
(2)选取粒径为20~90μm的喷涂用Y2O3-Al2O3混合粉、YSZ、NiCrCoAlY分析粉体作为喷涂原料,并对原料放入鼓风干燥箱中进行干燥处理,干燥温度为100℃,干燥时间为2h。
(3)选取45钢或高温合金作为基体,用丙酮对其表面进行清洗,之后对其进行喷砂处理,喷砂粒径为30~50μm,压力为2~8MPa;
(4)将NiCrCoAlY粉体放入送粉器中进行喷涂,喷涂工艺参数优选为电流500~600A,主气(Ar)流量60~80L/min,辅气(H2)流量0~2L/min,载气(Ar)流量10~13L/min,送粉量30~50g/min,喷涂距离70~80mm;
(5)取出送粉器中NiCrCoAlY粉末,并对送粉器进行清洗,放入YSZ粉体,进行喷涂,且喷涂过程中采用压缩空气对基体进行冷却,优选的喷涂参数为电流550~650A,主气(Ar)流量55~60L/min,辅气(H2)流量1~2.5L/min,载气(Ar)流量9~10L/min,送粉量30~40g/min,喷涂距离75~80mm;
(6)取出送粉器中YSZ粉末,并对送粉器进行清洗,放入Y2O3-Al2O3混合粉体,进行喷涂,且喷涂过程中采用压缩空气对基体进行冷却,优选的喷涂参数为电流550~650A,主气(Ar)流量50~60L/min,辅气(H2)流量1.5~2L/min,载气(Ar)流量8~10L/min,送粉量30~50g/min,喷涂距离75~80mm;
(7)使用马弗炉对喷涂后的涂层进行退火处理,退火温度为900℃~1000℃,升温速率为5℃/min,保温时间为10h,冷却方式为随炉冷却。
其中,步骤(4)(5)(6)中,喷枪型号为9MB,喷涂角度为90°。
有益效果
1、本发明的制备方法,采用等离子喷涂制备,顺序按照NiCrCoAlY/YSZ/Y2O3-Al2O3顺序制备,其热膨胀系数逐层递减,形成压应力,抑制裂纹生长,层间结合力强。涂层与基体紧密结合,降低了剥落、失效风险,减少了因防护不足导致安全隐患发生的概率。
2、本发明的制备方法,Y2O3-Al2O3顶层的引入,增加异质界面数及折射率差异,提高了涂层整体的红外反射率,解决了等离子喷涂涂层反射率低的问题。
3、本发明的制备方法,喷涂后的退火处理,可以减少涂层缺陷,消除色心,进一步提高涂层的反射率,涂层反射率的提高高能对热辐射进行有效阻隔,进一步降低基体温度,提高涂层隔热能力,起到更好的防护作用。
4、本发明的一种多层高反射率隔热涂层,Y2O3-Al2O3、YSZ、NiCrCoAlY三层结构具有良好的化学相容性与结合强度,进一步降低了涂层因匹配性差导致的裂纹、孔隙乃至剥落问题,涂层拥有较高的使用寿命。
附图说明
图1为实施例1喷涂后涂层的截面形貌;
图2为实施例1喷涂后涂层的反射率;
图3为实施例2喷涂后涂层的截面形貌;
图4为实施例2喷涂后涂层的反射率。
具体实施方法
下面通过实例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种多层高反射率隔热涂层的制备方法,包括如下步骤:
(1)选取粒径为20~90μm的喷涂用Y2O3、Al2O3,按照摩尔比3:5比例混合、过筛,得到Y2O3-Al2O3混合粉。
(2)选取粒径为20~90μm的喷涂用Y2O3-Al2O3混合粉、YSZ、NiCrCoAlY分析粉体作为喷涂原料,并对原料放入鼓风干燥箱中进行干燥处理,干燥温度为100℃,干燥时间为2h。
(3)选取45钢或高温合金作为基体,用丙酮对其表面进行清洗,之后对其进行喷砂处理,喷砂粒径为30μm,压力为2MPa;
(4)将NiCrCoAlY粉体放入送粉器中进行喷涂,喷涂工艺参数优选为电流550A,主气(Ar)流量70L/min,辅气(H2)流量0.5L/min,载气(Ar)流量10L/min,送粉量30g/min,喷涂距离75mm;
(5)取出送粉器中NiCrCoAlY粉末,并对送粉器进行清洗,放入YSZ粉体,进行喷涂,且喷涂过程中采用压缩空气对基体进行冷却,优选的喷涂参数为电流600A,主气(Ar)流量58L/min,辅气(H2)流量2L/min,载气(Ar)流量10L/min,送粉量30g/min,喷涂距离75mm;
(6)取出送粉器中YSZ粉末,并对送粉器进行清洗,放入Y2O3-Al2O3混合粉体,进行喷涂,且喷涂过程中采用压缩空气对基体进行冷却,优选的喷涂参数为电流650A,主气(Ar)流量60L/min,辅气(H2)流量2L/min,载气(Ar)流量10L/min,送粉量40g/min,喷涂距离75mm;
(7)使用马弗炉对喷涂后的涂层进行退火处理,退火温度为1000℃,升温速率为5℃/min,保温时间为10h,冷却方式为随炉冷却。
经测试,涂层的结合强度为20.936MPa,隔热能力达到519℃。
实施例2
一种多层高反射率隔热涂层的制备方法,包括如下步骤:
(1)选取粒径为20~90μm的喷涂用Y2O3、Al2O3,按照摩尔比3:5比例混合、过筛,得到Y2O3-Al2O3混合粉。
(2)选取粒径为20~90μm的喷涂用Y2O3-Al2O3混合粉、YSZ、NiCrCoAlY分析粉体作为喷涂原料,并对原料放入鼓风干燥箱中进行干燥处理,干燥温度为100℃,干燥时间为2h。
(3)选取45钢或高温合金作为基体,用丙酮对其表面进行清洗,之后对其进行喷砂处理,喷砂粒径为30~50μm,压力为2~8MPa;
(4)将NiCrCoAlY粉体放入送粉器中进行喷涂,喷涂工艺参数优选为电流500A,主气(Ar)流量80L/min,辅气(H2)流量1L/min,载气(Ar)流量13L/min,送粉量50g/min,喷涂距离80mm;
(5)取出送粉器中NiCrCoAlY粉末,并对送粉器进行清洗,放入YSZ粉体,进行喷涂,且喷涂过程中采用压缩空气对基体进行冷却,优选的喷涂参数为电流650A,主气(Ar)流量55L/min,辅气(H2)流量2.5L/min,载气(Ar)流量10L/min,送粉量40g/min,喷涂距离80mm;
(6)取出送粉器中YSZ粉末,并对送粉器进行清洗,放入Y2O3-Al2O3混合粉体,进行喷涂,且喷涂过程中采用压缩空气对基体进行冷却,优选的喷涂参数为电流650A,主气(Ar)流量60L/min,辅气(H2)流量1.5L/min,载气(Ar)流量10L/min,送粉量35g/min,喷涂距离75mm;
(7)使用马弗炉对喷涂后的涂层进行退火处理,退火温度为900℃,升温速率为5℃/min,保温时间为10h,冷却方式为随炉冷却。
经测试,涂层的结合强度为23.842MPa。隔热能力达到490℃,
以上所述的具体描述,对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种多层高反射率隔热涂层,其特征在于:三层结构,底层为NiCrCoAlY的金属层,中间为YSZ,顶层为Y2O3-Al2O3;顶层的Y2O3-Al2O3通过大气等离子喷涂方式制备在YSZ层上;所述涂层的表面平均近红外反射率高于75%;
制备多层高反射率隔热涂层的方法步骤如下:
(1)选取粒径为20~90μm的喷涂用Y2O3、Al2O3,按照摩尔比3:5比例混合、过筛,得到Y2O3-Al2O3混合粉;
(2)选取粒径为20~90μm的喷涂用Y2O3-Al2O3混合粉、YSZ、NiCrCoAlY分析粉体作为喷涂原料,并对原料放入鼓风干燥箱中进行干燥处理,干燥温度为100℃,干燥时间为2h;
(3)选取45钢或高温合金作为基体,用丙酮对其表面进行清洗,之后对其进行喷砂处理,喷砂粒径为30~50μm,压力为2~8MPa;
(4)将NiCrCoAlY粉体放入送粉器中进行喷涂,喷涂工艺参数为电流500~600A,主气Ar流量60~80L/min,辅气H2流量0~2L/min,载气Ar流量10~13L/min,送粉量30~50g/min,喷涂距离70~80mm;
(5)取出送粉器中NiCrCoAlY粉末,并对送粉器进行清洗,放入YSZ粉体,进行喷涂,且喷涂过程中采用压缩空气对基体进行冷却,喷涂参数为电流550~650A,主气Ar流量55~60L/min,辅气H2流量1~2.5L/min,载气Ar流量9~10L/min,送粉量30~40g/min,喷涂距离75~80mm;
(6)取出送粉器中YSZ粉末,并对送粉器进行清洗,放入Y2O3-Al2O3混合粉体,进行喷涂,且喷涂过程中采用压缩空气对基体进行冷却,喷涂参数为电流550~650A,主气Ar流量50~60L/min,辅气H2流量1.5~2L/min,载气Ar流量8~10L/min,送粉量30~50g/min,喷涂距离75~80mm;
(7)使用马弗炉对喷涂后的涂层进行退火处理,退火温度为900℃~1000℃,升温速率为5℃/min,保温时间为10h,冷却方式为随炉冷却。
2.如权利要求1所述一种多层高反射率隔热涂层,其特征在于:所述金属层的厚度为0.05mm~0.1mm。
3.如权利要求1所述一种多层高反射率隔热涂层,其特征在于:所述YSZ层厚度为0.2mm~0.3mm。
4.如权利要求1所述一种多层高反射率隔热涂层,其特征在于:所述Y2O3-Al2O3层厚度为0.1mm~0.15mm。
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