專利名稱：一種多用途的低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料與涂層技術(shù)，用于提高高溫合金和難熔合金的使用溫度，提高在熱沖擊條件下涂層與基體合金的結(jié)合力，提高抗高溫氧化、抗高溫硫化、抗熱腐蝕和抗低熔點(diǎn)灰分腐蝕性能，避免合金基體力學(xué)性能的降低，延長(zhǎng)熱端部件的使用壽命。
背景技術(shù)：
熱障涂層(Thermal barrier coatings，簡(jiǎn)稱TBCs)是利用陶瓷材料的耐高溫、 抗腐蝕和低導(dǎo)熱性能，以涂層的方式將陶瓷與金屬基體相結(jié)合，提高金屬熱端部件的工作溫度，增強(qiáng)熱端部件的抗高溫氧化能力，延長(zhǎng)熱端部件的使用壽命，提高熱機(jī)效率的一種表面技術(shù)。熱障涂層與高溫結(jié)構(gòu)材料、高效氣冷技術(shù)被稱為先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的三大關(guān)鍵技術(shù)。熱障涂層還可以用于艦船發(fā)動(dòng)機(jī)、地面燃?xì)鉁u輪、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等。然而，現(xiàn)有的熱障涂層的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足各種先進(jìn)高溫動(dòng)力裝置發(fā)展的需要。目前，國(guó)內(nèi)外發(fā)展的熱障涂層主要具有三種結(jié)構(gòu)，即雙層結(jié)構(gòu)、多層結(jié)構(gòu)和梯度結(jié)構(gòu)的熱障涂層(曹學(xué)強(qiáng)，熱障涂層材料，科學(xué)出版社，2007年)，圖1為三種熱障涂層結(jié)構(gòu)的示意圖。雙層結(jié)構(gòu)的熱障涂層由粘結(jié)層和低導(dǎo)熱陶瓷層組成，如圖1(a)所示。合金粘結(jié)層起到抗氧化、抗腐蝕和使陶瓷層與基體緊密結(jié)合的作用，低導(dǎo)熱陶瓷層主要起到隔熱的作用。在典型的雙層結(jié)構(gòu)的熱障涂層中，通常采用MCrAlY涂層或Pt改性的滲鋁涂層作為粘結(jié)層，采用IO3穩(wěn)定化的^O2(YSZ)作為隔熱層。在高溫工作環(huán)境中，熱障涂層的粘結(jié)層與低導(dǎo)熱陶瓷層的界面形成一層熱生長(zhǎng)氧化層(TGO)，其主要成分為a_Al203，可抑制粘結(jié)層的氧化，起到保護(hù)合金基體的作用。粘結(jié)層通常采用多弧鍍、磁控濺射、滲涂進(jìn)行制備。YSZ 隔熱層通常采用電子束物理氣相沉積和等離子噴涂制備。大量的研究表明，在雙層結(jié)構(gòu)的熱障涂層中，金屬粘結(jié)層表面熱生長(zhǎng)的氧化物層(TGO)是導(dǎo)致熱障涂層發(fā)生失效的關(guān)鍵因素。在金屬粘結(jié)層表面形成TGO的過(guò)程是一個(gè)體積膨脹過(guò)程，由于界面限制TGO層的體積變化，TGO中會(huì)產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力；在冷卻過(guò)程中，由于TGO層具有較小的熱膨脹系數(shù)導(dǎo)致在其內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力；而且在熱障涂層的使用過(guò)程中TGO層往往還會(huì)發(fā)生相變，也會(huì)在TGO中產(chǎn)生熱應(yīng)力。由于熱障涂層中TGO層內(nèi)的熱應(yīng)力的大小與TGO層的厚度成正比，因而當(dāng)TGO層長(zhǎng)到一定厚度時(shí)，就會(huì)在低導(dǎo)熱陶瓷層/TGO界面或TGO/粘結(jié)層界面發(fā)生開(kāi)裂，最終導(dǎo)致低導(dǎo)熱陶瓷層的開(kāi)裂與剝落，縮短熱障涂層的服役壽命(Nitin P. Padture, Maurice Gell, Eric H. Jordan, Thermal Barrier Coatings for Gas-Turbine Engine Applications, Science, 296 (2002), 280·)。多層結(jié)構(gòu)的熱障涂層一般由粘結(jié)層、低導(dǎo)熱陶瓷層、阻氧層和表面封閉層組成，如圖1(b)所示。粘結(jié)層通常采用MCrAlY涂層和Pt改性的滲鋁涂層。低導(dǎo)熱陶瓷層、阻氧層、 封閉層均由不同的氧化物陶瓷層構(gòu)成。每層都具有特定的功能，外層的封閉層主要用于阻擋S03、S02、V205等燃?xì)飧g產(chǎn)物的侵蝕；低導(dǎo)熱陶瓷層用于阻礙熱向合金基體的傳輸；氧阻擋層則用于降低氧向涂層內(nèi)部的擴(kuò)散，提高涂層的抗氧化性能。但這種多層結(jié)構(gòu)的熱障涂層制備比較復(fù)雜，重復(fù)性、可靠性較差，尚未獲得實(shí)質(zhì)的應(yīng)用。梯度結(jié)構(gòu)的熱障涂層通常在粘結(jié)底層和低導(dǎo)熱陶瓷表層之間施加具有應(yīng)力和功能梯度的過(guò)渡涂層，如圖1(c)所示，以降低由于金屬材料與陶瓷材料熱膨脹系數(shù)較大而產(chǎn)生的熱應(yīng)力，提高涂層的結(jié)合強(qiáng)度、抗熱震能力和使用壽命。由于梯度的過(guò)渡涂層的制備比較復(fù)雜，限制了梯度結(jié)構(gòu)熱障涂層的應(yīng)用。上述三種熱障涂層均采用合金粘結(jié)層作為底層，由于合金粘結(jié)層與基體合金之間存在互擴(kuò)散，可產(chǎn)生兩方面的不利作用(1)粘結(jié)層中的鋁含量下降可導(dǎo)致鋁的選擇氧化能力下降，在TGO中形成氧擴(kuò)散較快的氧化物，使涂層的抗氧化性能下降，以及TGO/粘結(jié)層界面和TGO/低導(dǎo)熱陶瓷層界面性能的下降；(2)基體合金的高溫力學(xué)性能下降。如何克服合金粘結(jié)層的副作用，是發(fā)展新型熱障涂層必須解決的問(wèn)題。另外，目前發(fā)展的熱障涂層基本上是針對(duì)高溫合金的。然而，難熔合金也需要施加熱障涂層，以適應(yīng)更高的工作溫度。因此，需要可以在更寬的溫度工作的多用途的熱障涂層。綜上所述，現(xiàn)有的熱障涂層由于材料和結(jié)構(gòu)的原因，在力學(xué)性能和抗高溫腐蝕性能，耐溫性，以及隔熱效果上都存在一系列有待解決的問(wèn)題，迫切需要發(fā)展新結(jié)構(gòu)的熱障涂層。中國(guó)發(fā)明專利(何業(yè)東等，中國(guó)發(fā)明專利ZL 200910091843. 6，一種多功能的氧化鋁/ 金屬微疊層涂層)表明，通過(guò)氧化鋁/金屬微疊層結(jié)構(gòu)可以提高涂層的抗開(kāi)裂、抗剝落和抗高溫腐蝕性能。本發(fā)明采用低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合涂層作為熱障涂層可以發(fā)揮層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)抗開(kāi)裂、抗剝落和抗熱沖擊的優(yōu)勢(shì)，并通過(guò)多層的低導(dǎo)熱陶瓷層獲得優(yōu)異的熱障性能，通過(guò)多層的貴金屬層封閉合金基體獲得優(yōu)異的抗高溫氧化和抗高溫腐蝕的性能，全面提升熱障涂層的其它性能，擴(kuò)展熱障涂層的工作溫度范圍，提高熱障涂層的服役壽命，為多用途新型熱障涂層的發(fā)展提供新的技術(shù)途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是發(fā)展一種多用途的新型結(jié)構(gòu)熱障涂層，通過(guò)低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)使涂層具有優(yōu)異的熱障效果，優(yōu)異的力學(xué)性能(包括對(duì)基體合金的力學(xué)性能影響極小)和抗高溫腐蝕性能，以及較寬的工作溫度范圍，可用于高溫合金和難熔合金。本發(fā)明的低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層由交替沉積的低導(dǎo)熱陶瓷層和貴金屬層組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括4種類型(a)等距間隔交替沉積低導(dǎo)熱陶瓷層和貴金屬層；(b)非等距間隔交替沉積低導(dǎo)熱陶瓷層和貴金屬層；(C)在合金表面先沉積抗氧化保護(hù)層，再沉積低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層；(d)在低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層的外表面上再沉積熱輻射涂層。所述低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層由交替沉積的低導(dǎo)熱陶瓷層和貴金屬層組成；低導(dǎo)熱陶瓷層每層的厚度為廣IOOmm ；貴金屬每層的厚度為0.廣5mm ；層狀復(fù)合熱障涂層的總厚度為10(Tl000mm，可以根據(jù)熱端構(gòu)件需要隔熱溫度的大小確定具體涂層的
總厚度。本發(fā)明采用的低導(dǎo)熱陶瓷層為各種具有低導(dǎo)熱系數(shù)的陶瓷，包括Y2O3穩(wěn)定的 ZrO2 (YSZ)、或CaO穩(wěn)定的ZrO2、或Nd2O3穩(wěn)定的ZrO2、或Sm2O3穩(wěn)定的ZrO2、或Er2O3穩(wěn)定的 &02、或 MgO 穩(wěn)定的 &02、或 Sr&03、或 Ba&03、或 Ti2&07、或 4-10%Ca0-Ce& 穩(wěn)定的ZrO2,或 Sc2O3-Y2O3 穩(wěn)定的 ZrO2 (SYSZ)、或 Lei2O3-Y2O3 穩(wěn)定的 &02、或 YSZ-Nd、或 YSZ-Yb、 或 YSZ-Nd-Yb、或 YSZ-Gd-Yb、或 YSZ-Sm-Yb、或 10mol%Y203+10mol%T￡i205 的四方 ^O2 (20YTa04Z) ^La2Zr2O7 (LZ)、或 Nd2Zr2O7、或 Sm2Zr2O7、或 Gd2Zr2O7、或 Lgi2Cii2O7、或 La2Hf2O7、 或 Pr2Hf2O7^ bJc Sm2Ti2O7^ gJc LaTi2Al9019。本發(fā)明采用的貴金屬層為Pt、或PtAu合金、或PtRh合金，或彌散納米氧化物的Pt。 PtAu合金層中Au含量為10 30% (質(zhì)量百分比)；PtRh合金層中1 的含量為0 50% (質(zhì)量百分比);Pt層中彌散納米氧化物為Al2O3，或稀土氧化物，彌散納米Al2O3或稀土氧化物的含量為0.廣10% (質(zhì)量百分比)。低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層通過(guò)交替沉積低導(dǎo)熱陶瓷層和貴金屬層獲得。低導(dǎo)熱陶瓷層可采用射頻磁控濺射沉積、電子束物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、溶膠-凝膠沉積、電化學(xué)沉積、電泳沉積、電解等離子沉積、等離子噴涂、溶液等離子噴涂等方法中的任一種獲得；貴金屬層可采用磁控濺射沉積、電子束物理氣相沉積、蒸鍍、化學(xué)氣相沉積、電鍍、化學(xué)鍍、電解等離子沉積等方法中的任一種獲得。低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層可以用于100(Tl60(rC溫度范圍內(nèi)高溫合金，或難熔合金的高溫防護(hù)。本發(fā)明的低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層具有如下特性 1)優(yōu)異的熱障性能
在本發(fā)明的低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層中，貴金屬是極佳的導(dǎo)熱材料沒(méi)有隔熱功能，涂層總的隔熱效果是每層低導(dǎo)熱陶瓷層階梯式隔熱的效果之和，其導(dǎo)熱模式如圖3所示。由于涂層具有的層狀結(jié)構(gòu)，每層的低導(dǎo)熱陶瓷在熱應(yīng)力作用下產(chǎn)生的微裂紋可被貴金屬層所阻斷，不發(fā)生陶瓷層與貴金屬層的開(kāi)裂與剝落，且微裂紋可以進(jìn)一步降低陶瓷層的導(dǎo)熱性能，因此低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層可以保持優(yōu)異的隔熱效果。2)優(yōu)異的力學(xué)性能
本發(fā)明的層狀復(fù)合熱障涂層主要由低導(dǎo)熱陶瓷層和貴金屬薄層組成，這種層狀結(jié)構(gòu)可使復(fù)合涂層具有優(yōu)異的力學(xué)性能。首先，低導(dǎo)熱陶瓷的熱膨脹系數(shù)與金屬比較接近，因此合金施加低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層后，涂層中的熱應(yīng)力較小，不易發(fā)生開(kāi)裂與剝落。第二，低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層在承受應(yīng)力時(shí)，很容易通過(guò)貴金屬層的塑性變形將應(yīng)力松弛掉，因此具有較高的斷裂韌性，可以承受較大應(yīng)力而不發(fā)生開(kāi)裂與剝落。貴金屬層通過(guò)合金化，或彌散納米氧化物顆粒，可以提高貴金屬層與隔熱陶瓷層的結(jié)合強(qiáng)度。鑒于上述兩方面的原因，低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層可具有超強(qiáng)的抗熱循環(huán)和熱沖擊的性能，在熱循環(huán)和熱沖擊條件下不發(fā)生開(kāi)裂與剝落。第三，低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層中低導(dǎo)熱陶瓷層可以避免貴金屬與合金基體之間發(fā)生互擴(kuò)散所導(dǎo)致的合金基體力學(xué)性能的下降。第四，低導(dǎo)熱陶瓷貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層中的貴金屬層可以避免合金基體發(fā)生高溫氧化與腐蝕所導(dǎo)致的合金基體力學(xué)性能的下降。第五，低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層克服了貴金屬較軟，不耐沖刷的缺點(diǎn)，具有較高的表觀硬度和優(yōu)異的耐高速氣流沖刷性能。3)優(yōu)異的抗高溫腐蝕性能
在本發(fā)明的低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層中，多層的貴金屬可以封閉合金基體，由于貴金屬在高溫不發(fā)生氧化、硫化，在熔鹽中和低熔點(diǎn)灰分中不腐蝕，因此封閉合金基體的多層貴金屬可以避免合金基體的高溫氧化、硫化、熱腐蝕和低熔點(diǎn)灰分腐蝕。4)涂層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定
低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層中低導(dǎo)熱陶瓷可以抑制貴金屬層的高溫蒸發(fā)， 貴金屬層的熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于涂層的使用溫度可以避免在表面張力作用下貴金屬層狀形態(tài)的失穩(wěn)，使低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層能夠保持長(zhǎng)期穩(wěn)定。5)與其它涂層協(xié)同的保護(hù)作用
在合金表面沉積的抗氧化保護(hù)層，然后施加本發(fā)明的低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層可以提高涂層抗氧化性能；在低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層的外表面上再沉積其它涂層，可以賦予涂層新的功能，如熱輻射、抗灰分沉積等。6)工作溫度范圍寬，具有多用途
通過(guò)改變低導(dǎo)熱陶瓷和貴金屬層元素的種類與成分，本發(fā)明的低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層可用于不同的工作溫度最高工作溫度可以高達(dá)1600°C?？勺鳛楦邷睾辖鸷碗y熔合金(如!^e基合金、Ni基合金、Co基合金、TiAl合金、Nb基合金、Mo基合金、W基合金、Re基合金)的熱障涂層，用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、艦船發(fā)動(dòng)機(jī)、地面燃?xì)鉁u輪、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等。7)綜合上述特性，本發(fā)明的低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層具有超長(zhǎng)的服役壽命。


圖1為三種熱障涂層結(jié)構(gòu)的示意圖其中圖1 (a)雙層結(jié)構(gòu)的熱障涂層；圖1 (b) 多層結(jié)構(gòu)的熱障涂層；圖1 (c)梯度結(jié)構(gòu)的熱障涂層。圖2為低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層的結(jié)構(gòu)類型其中圖2 (a)等間距交替沉積低導(dǎo)熱陶瓷層和貴金屬層；圖2 (b)非等間距交替沉積低導(dǎo)熱陶瓷和貴金屬層；圖 2 (c)在合金表面沉積的抗氧化保護(hù)層上施加低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層；圖2 (d)在低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層的外表面上再沉積其它涂層。圖3為低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層中的導(dǎo)熱模式。
具體實(shí)施例方式低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層可根據(jù)合金種類和工作條件，選擇低導(dǎo)熱陶瓷與貴金屬的種類和成分，選擇每層的厚度，涂層間距的方式與涂層的總厚度，以及選擇低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層的施加方式，即直接施加在合金表面，或施加在合金表面沉積的抗氧化保護(hù)層(如MCrAlY涂層或Pt改性的滲鋁涂層)上，或在低導(dǎo)熱陶瓷/ 貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層的外表面上再沉積其它涂層(如HfO2高熱輻射陶瓷層)。低導(dǎo)熱陶瓷層可采用射頻磁控濺射沉積、電子束物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、溶膠-凝膠沉積、電化學(xué)沉積、電泳沉積、電解等離子沉積、等離子噴涂、溶液等離子噴涂。貴金屬層可采用磁控濺射沉積、電子束物理氣相沉積、蒸鍍、化學(xué)氣相沉積、電鍍、化學(xué)鍍、電解等離子沉積?？稍谏鲜龈鞣N方法中各選擇一種，通過(guò)交替沉積低導(dǎo)熱陶瓷層和貴金屬層制備低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層，其導(dǎo)熱模式如圖3所示。實(shí)施例1 : YSZ/Pt層狀復(fù)合熱障涂層
按照?qǐng)D2(a)所示的方式，在DZ125高溫合金表面交替采用電子束物理氣相沉積沉積YSZ層和采用磁控濺射沉積Pt層。YSZ層的厚度為20mm，Pt層的厚度為1mm，交替沉積各 10層。制備的YSZ/Pt層狀復(fù)合熱障涂層在1200°C空氣環(huán)境中試驗(yàn)200小時(shí)，證明具有優(yōu)異的隔熱效果，以及優(yōu)異抗剝落、抗開(kāi)裂、抗熱沖擊性能和抗高溫氧化性能。實(shí)施例2 :YSZ/Pt-20%Au層狀復(fù)合熱障涂層
按照?qǐng)D2(b)所示的方式，在DZ125高溫合金表面交替采用電子束物理氣相沉積沉積 YSZ層和采用磁控濺射沉積Pt-20%Au層。先交替沉積Imm的YSZ層和Imm的Pt_20%Au各 2層，然后交替沉積20mm的YSZ層和Imm的Pt_20%Au層各10層。制備的YSZ/Pt_20%Au 層狀復(fù)合熱障涂層在1200°C空氣環(huán)境中試驗(yàn)200小時(shí)，證明具有優(yōu)異的隔熱效果，以及優(yōu)異抗剝落、抗開(kāi)裂、抗熱沖擊性能和抗高溫氧化性能。實(shí)施例3 =MCrAlY合金涂層上沉積YSZ/Pt_20%Au層狀復(fù)合熱障涂層
按照?qǐng)D2(c)所示的方式，在DZ125高溫合金表面采用磁控濺射沉積一層30mm的 MCrAlY合金涂層(具體成分10%Co、25%Cr、5%Al、0. 1%Y，其余為Ni)，然后交替采用電子束物理氣相沉積沉積20mm的YSZ層和采用磁控濺射沉積Imm的Pt_20%Au層，各10層。制備的MCrAlY合金涂層+YSZ /Pt_20%Au層狀復(fù)合熱障涂層在1200°C空氣環(huán)境中試驗(yàn)200小時(shí)，證明具有優(yōu)異的隔熱效果，以及優(yōu)異抗剝落、抗開(kāi)裂、抗熱沖擊性能和抗高溫氧化性能。
實(shí)施例4 =La2Zr2O7 /Pt_40%Rh層狀復(fù)合熱障涂層
按照?qǐng)D2(a)所示的方式，在Nb基難熔合金表面交替采用電子束物理氣相沉積沉積 20mm的LEi2Zr2O7層和采用磁控濺射沉積Imm的Pt_40%Rht層，各10層。制備的Lii2Zr2O7 /Pt-409 h層狀復(fù)合熱障涂層在1400°C空氣環(huán)境中試驗(yàn)200小時(shí)，證明具有優(yōu)異的隔熱效果，以及優(yōu)異抗剝落、抗開(kāi)裂、抗熱沖擊性能和抗高溫氧化性能。實(shí)施例5 =La2Zr2O7 /Pt_40%Rh層狀復(fù)合熱障涂層沉積HfO2熱輻射層
按照?qǐng)D2(d)所示的方式，在Mo基難熔合金表面交替采用電子束物理氣相沉積沉積 20mm的LEi2Zr2O7層和采用磁控濺射沉積Imm的Pt_40%Rh層，分別為10層和9層。然后沉積一層HfO2,厚度為20mm，作為熱輻射的外層。制備的Lii2Zr2O7 /Pt_40%Rh層狀復(fù)合熱障涂層+HfO2熱輻射層在1600°C空氣環(huán)境中試驗(yàn)100小時(shí)，證明具有優(yōu)異的隔熱效果，以及優(yōu)異抗剝落、抗開(kāi)裂、抗熱沖擊性能和抗高溫氧化性能，并且表面具有熱輻射性能。實(shí)施例6 =La2Zr2O7 /Pt_l%Y203層狀復(fù)合熱障涂層
按照?qǐng)D2(a)所示的方式，在Nb基難熔合金表面交替采用電子束物理氣相沉積沉積 La2Zr2O7層和化學(xué)鍍沉積Pt_l%Y203層。L Zr207層的厚度為20mm，Pt_l%Y203層的厚度為 1mm，交替沉積各10層。制備的L Zr207 /Pt_l%Y203層狀復(fù)合熱障涂層在1400°C空氣環(huán)境中試驗(yàn)100小時(shí)，證明具有優(yōu)異的隔熱效果，以及優(yōu)異抗剝落、抗開(kāi)裂、抗熱沖擊性能和抗高溫氧化性能。實(shí)施例7: LaTi2Al9019/Pt層狀復(fù)合熱障涂層
按照?qǐng)D2(a)所示的方式，在DZ125高溫合金表面交替采用電子束物理氣相沉積沉積 LaTi2Al9O19層和采用磁控濺射沉積Pt層。YSZ層的厚度為20mm，Pt層的厚度為1mm，交替沉積各10層。制備的LaTi2Al9019/Pt層狀復(fù)合熱障涂層在1200°C空氣環(huán)境中試驗(yàn)200小時(shí)，證明具有優(yōu)異的隔熱效果，以及優(yōu)異抗剝落、抗開(kāi)裂、抗熱沖擊性能和抗高溫氧化性能。實(shí)施例8 :LaTi2Al9019/Pt-40%Rh層狀復(fù)合熱障涂層
按照?qǐng)D2(a)所示的方式，在Nb基難熔合金表面交替采用電子束物理氣相沉積沉積LaTi2Al9O19層和采用磁控濺射沉積Pt-40%Rht層。LaTi2Al9O19層的厚度為20mm，Pt_40%Rh 層的厚度為1mm，交替沉積各10層。制備的LaTi2Al9O19 /Pt_40%Rh層狀復(fù)合熱障涂層在 1300°C空氣環(huán)境中試驗(yàn)200小時(shí)，證明具有優(yōu)異的隔熱效果，以及優(yōu)異抗剝落、抗開(kāi)裂、抗熱沖擊性能和抗高溫氧化性能。
權(quán)利要求
1.一種多用途的低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層，其特征在于，復(fù)合熱障涂層包括4種類型(a)等距間隔交替沉積低導(dǎo)熱陶瓷層和貴金屬層；(b)非等距間隔交替沉積低導(dǎo)熱陶瓷層和貴金屬層；(c)在合金表面先沉積抗氧化保護(hù)層，再沉積低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層；(d)在低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層的外表面上再沉積熱輻射涂層。
2.所述低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層由交替沉積的低導(dǎo)熱陶瓷層和貴金屬層組成；低導(dǎo)熱陶瓷層每層的厚度為廣IOOmm ；貴金屬每層的厚度為0.廣5mm ；層狀復(fù)合熱障涂層的總厚度為10(Tl000mm ；根據(jù)熱端構(gòu)件需要隔熱溫度的大小確定具體涂層的總厚度。
3.如權(quán)利要求1所述的低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層，其特征在于，所述低導(dǎo)熱系數(shù)的陶瓷包括=Y2O3穩(wěn)定的^o2 (YSZ)、或CaO穩(wěn)定的、或Nd2O3穩(wěn)定的、或 Sm2O3 穩(wěn)定的 ZrO2、或 Er2O3 穩(wěn)定的 、或MgO 穩(wěn)定的 ZrO2、或 SrZrO3、或 BaZrO3、或 Ti2Zr07、 或 CaO-CeA 穩(wěn)定的 ZiO2、或 Sc2O3-Y2O3 穩(wěn)定的 ZrO2 (SYSZ)、或 Lei2O3-Y2O3 穩(wěn)定的 ^ 、或 YSZ-NcU 或 YSZ-Yb、或 YSZ-Nd-Yb、或 YSZ-Gd-Yb、或 YSZ-Sm-Yb、或 10mol%Y203+10mol%Tii205 的四方 ^* (20YTa04Z)、或 Lgi2Zr2O7 (LZ)、或 Nd2Zr2O7、或 SmJr2O7、或 GdJr2O7、或 Lgi2Ce2O7、 或 La2Hf2O7^ bJc Pr2Hf2O7^gJc Sm2Ti2O7^ LaTi2Al9019。
4.如權(quán)利要求1所述的低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層，其特征在于，所述貴金屬層為Pt、或PtAu合金、或PtIih合金，或彌散納米氧化物的Pt，PtAu合金層中Au的質(zhì)量百分比含量為10 30% ；PtIih合金層中1 的質(zhì)量百分比含量為0 50% ；Pt層中彌散納米氧化物為Al2O3，或稀土氧化物，彌散納米Al2O3或稀土氧化物的質(zhì)量百分比含量為0.廣10%。
5.如權(quán)利要求1、2、3所述的低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層，其特征在于，低導(dǎo)熱陶瓷層采用射頻磁控濺射沉積、電子束物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、溶膠-凝膠沉積、 電化學(xué)沉積、電泳沉積、電解等離子沉積、等離子噴涂、溶液等離子噴涂方法中的任一種；貴金屬層采用磁控濺射沉積、電子束物理氣相沉積、蒸鍍、化學(xué)氣相沉積、電鍍、化學(xué)鍍、電解等離子沉積方法中的任一種；通過(guò)交替沉積低導(dǎo)熱陶瓷層和貴金屬層制備低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層。
6.如權(quán)利要求1、2、3、4所述的低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層，其特征在于，該熱障涂層用于i00(Ti60(rc溫度范圍內(nèi)高溫合金，或難熔合金的高溫防護(hù)。
全文摘要
本發(fā)明的低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層涉及復(fù)合材料與涂層技術(shù)，其結(jié)構(gòu)包括4種類型(1)等間距交替沉積低導(dǎo)熱陶瓷層和貴金屬層；(2)非等間距交替沉積低導(dǎo)熱陶瓷層和貴金屬層；(3)在基體合金表面沉積的抗氧化保護(hù)層上面施加低導(dǎo)熱陶瓷層和貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層；(4)在低導(dǎo)熱陶瓷/貴金屬層狀復(fù)合熱障涂層的外表面上沉積其它功能涂層。本發(fā)明通過(guò)交替沉積低導(dǎo)熱陶瓷層和貴金屬層形成的層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)使熱障涂層具有優(yōu)異的隔熱性能和抗熱沖擊性能，涂層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，服役壽命長(zhǎng)，可用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、艦船發(fā)動(dòng)機(jī)、地面燃?xì)鉁u輪、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等高溫合金，或難熔合金熱端部件的高溫防護(hù)。
文檔編號(hào)F01D5/28GK102345122SQ20111032953
公開(kāi)日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者何業(yè)東, 姚俊奇, 張津, 王德仁, 鄧舜杰, 馬曉旭 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)