本發明涉(she)及熱噴涂(tu),具(ju)體而言(yan),涉(she)及一(yi)種大氣(qi)等離子噴涂(tu)方法和熱障涂(tu)層。
背景技術:
1、大(da)氣(qi)等離子噴(pen)涂(tu)(tu)(atomsphere?plasma?spray,aps)是一種利用等離子火焰的(de)(de)高(gao)(gao)溫高(gao)(gao)能效應(ying),將陶瓷粒子加熱(re)至融化(hua)后(hou),借助高(gao)(gao)速焰流(liu)將粉(fen)末噴(pen)涂(tu)(tu)在基體表面(mian)繼而(er)形成(cheng)涂(tu)(tu)層的(de)(de)表面(mian)處理方法,其具有(you)工藝成(cheng)熟、沉(chen)積效率高(gao)(gao)、涂(tu)(tu)層質(zhi)量(liang)高(gao)(gao)、結(jie)合(he)力(li)強等優點。但常規的(de)(de)aps噴(pen)涂(tu)(tu)過程中,陶瓷層單層厚(hou)(hou)度(du)很難控(kong)制在20μm以內,粘結(jie)層厚(hou)(hou)度(du)通常也在60μm以上,這使得制備膜層的(de)(de)總(zong)厚(hou)(hou)度(du)也在多數在100μm以上,這使得涂(tu)(tu)層的(de)(de)總(zong)質(zhi)量(liang)較(jiao)大(da),不適(shi)用于對涂(tu)(tu)層有(you)厚(hou)(hou)度(du)限制的(de)(de)器件和對輕量(liang)化(hua)有(you)較(jiao)高(gao)(gao)要求的(de)(de)器件。
2、此外,由于熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)障涂(tu)(tu)層所(suo)使(shi)用的(de)(de)(de)(de)環境(jing)(jing)溫度(du)(du)(du)日趨增(zeng)高(gao),單一結(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)障涂(tu)(tu)層已經(jing)逐(zhu)漸不(bu)(bu)滿足工(gong)況需求(qiu),當使(shi)用環境(jing)(jing)溫度(du)(du)(du)高(gao)于1100℃,傳(chuan)統(tong)氧化鋯基(ji)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)障涂(tu)(tu)層材(cai)(cai)料(liao)呈現半透明狀態(tai),其熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)傳(chuan)導(dao)模式由聲子(zi)(zi)散射(she)(she)(she)逐(zhu)步轉變為光(guang)(guang)子(zi)(zi)、電(dian)子(zi)(zi)傳(chuan)導(dao)的(de)(de)(de)(de)紅外熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)輻射(she)(she)(she)占比提升,為了(le)適應更先進(jin)航空(kong)動力渦輪(lun)前(qian)(qian)溫度(du)(du)(du)不(bu)(bu)斷升高(gao)的(de)(de)(de)(de)需求(qiu),熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)輻射(she)(she)(she)傳(chuan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)抑制(zhi)至關重要。目前(qian)(qian)發展高(gao)發射(she)(she)(she)率(lv)(lv)高(gao)散熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)涂(tu)(tu)層材(cai)(cai)料(liao)體系(xi)、低發射(she)(she)(she)了(le)高(gao)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)率(lv)(lv)涂(tu)(tu)層材(cai)(cai)料(liao)體系(xi)、多(duo)層多(duo)界面(mian)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)結(jie)構(gou)(gou)以(yi)(yi)(yi)及(ji)表層紅外輻射(she)(she)(she)抑制(zhi)涂(tu)(tu)層體系(xi),是(shi)主要的(de)(de)(de)(de)技術(shu)方向(xiang),材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)研究和(he)發展存(cun)在極大(da)的(de)(de)(de)(de)難(nan)度(du)(du)(du),涉(she)及(ji)光(guang)(guang)、電(dian)、熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)等多(duo)個維度(du)(du)(du),以(yi)(yi)(yi)及(ji)材(cai)(cai)料(liao)成(cheng)分、晶(jing)體結(jie)構(gou)(gou)各類優化,目前(qian)(qian)發展了(le)yb摻(chan)雜(za)(za)改性(xing)(xing)、pt摻(chan)雜(za)(za)改性(xing)(xing)、al摻(chan)雜(za)(za)改性(xing)(xing)一類涂(tu)(tu)層材(cai)(cai)料(liao),降低了(le)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)輻射(she)(she)(she)占比高(gao)的(de)(de)(de)(de)高(gao)溫條(tiao)件下的(de)(de)(de)(de)涂(tu)(tu)層熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)導(dao)率(lv)(lv),仍停留在實驗(yan)室階段。在這(zhe)一背景下,如何(he)利用不(bu)(bu)同異質材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)傳(chuan)導(dao)特性(xing)(xing),制(zhi)備(bei)(bei)多(duo)層多(duo)界面(mian)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)結(jie)構(gou)(gou),成(cheng)為了(le)行業研究的(de)(de)(de)(de)重點。雖(sui)然(ran)界面(mian)可以(yi)(yi)(yi)增(zeng)加熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)效果(guo),使(shi)得光(guang)(guang)、電(dian)子(zi)(zi)衰減路(lu)徑(jing)增(zeng)大(da),從而降低熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)導(dao)率(lv)(lv),但如上(shang)文(wen)所(suo)述,低成(cheng)本的(de)(de)(de)(de)aps技術(shu)存(cun)在著多(duo)層交替層厚度(du)(du)(du)較(jiao)厚,制(zhi)備(bei)(bei)的(de)(de)(de)(de)涂(tu)(tu)層熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)性(xing)(xing)能(neng)差等核心技術(shu)難(nan)題,亟(ji)待(dai)解(jie)決。
3、采用(yong)多(duo)相(xiang)多(duo)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)結構(gou)能夠較好解決這一(yi)問(wen)題,但常規aps噴涂(tu)(tu)多(duo)層(ceng)(ceng)(ceng)交替涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)時,其涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)內部(bu)各(ge)層(ceng)(ceng)(ceng)之間的(de)(de)(de)均勻化問(wen)題難(nan)以解決,在具(ju)有厚度限制與增重限制的(de)(de)(de)工況條件下,常規aps很(hen)難(nan)實(shi)現多(duo)層(ceng)(ceng)(ceng)交替涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)制備(bei)(bei)。實(shi)現輕薄化多(duo)層(ceng)(ceng)(ceng)異質材料的(de)(de)(de)低成本制備(bei)(bei),在保證(zheng)耐(nai)溫結構(gou)件低增重的(de)(de)(de)同時,獲得優異的(de)(de)(de)熱(re)阻(zu)和隔熱(re)效果的(de)(de)(de)新型熱(re)阻(zu)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)就顯得尤為(wei)迫切。
技術實現思路
1、本發明的第一方(fang)面的目的在于(yu)提供一種大(da)氣等(deng)離子噴(pen)涂方(fang)法,以解決(jue)現有(you)熱障涂層整(zheng)體(ti)厚度過(guo)大(da)的技術問(wen)題(ti)。
2、本發明第(di)一方(fang)面提供的大氣等離子噴(pen)(pen)涂(tu)方(fang)法,包括(kuo)交替(ti)(ti)層厚(hou)度(du)(du)控(kong)(kong)制(zhi)步(bu)(bu)驟,所(suo)述交替(ti)(ti)層厚(hou)度(du)(du)控(kong)(kong)制(zhi)步(bu)(bu)驟中,獲取(qu)送料(liao)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)的第(di)一參數、運動控(kong)(kong)制(zhi)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)的第(di)二參數、噴(pen)(pen)涂(tu)系(xi)統(tong)的第(di)三(san)參數和厚(hou)度(du)(du)反(fan)饋(kui)系(xi)統(tong)的反(fan)饋(kui)信息(xi),并控(kong)(kong)制(zhi)所(suo)述送料(liao)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)、所(suo)述運動控(kong)(kong)制(zhi)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)和所(suo)述噴(pen)(pen)涂(tu)系(xi)統(tong)。
3、本發明大氣等(deng)離子(zi)噴涂方法(fa)帶來的有益(yi)效果是(shi):
4、通過(guo)獲取送料(liao)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)(zhi)的(de)第(di)一參數、運(yun)動控(kong)制裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)(zhi)的(de)第(di)二參數和(he)噴(pen)(pen)涂(tu)(tu)系(xi)統的(de)第(di)三參數,以及(ji)通過(guo)厚(hou)度反(fan)饋(kui)系(xi)統的(de)反(fan)饋(kui)信(xin)息,控(kong)制送料(liao)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)(zhi)、運(yun)動控(kong)制裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)(zhi)和(he)噴(pen)(pen)涂(tu)(tu)系(xi)統協同動作,以調節所(suo)噴(pen)(pen)涂(tu)(tu)的(de)每一層(ceng)材料(liao)厚(hou)度,從(cong)而有利于(yu)所(suo)噴(pen)(pen)涂(tu)(tu)的(de)每一層(ceng)材料(liao)厚(hou)度,從(cong)而有利于(yu)縮(suo)小交(jiao)替多層(ceng)陶瓷(ci)隔(ge)熱(re)層(ceng)的(de)整(zheng)體(ti)厚(hou)度,以在(zai)保證(zheng)隔(ge)熱(re)性(xing)能的(de)情況下,可(ke)以滿足涂(tu)(tu)層(ceng)的(de)整(zheng)體(ti)厚(hou)度和(he)重量(liang)要求(qiu)。
5、可選的(de)技術方(fang)案中(zhong),所述(shu)送料(liao)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)包括轉盤(pan)(pan)和(he)轉盤(pan)(pan)轉速(su)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi),所述(shu)轉盤(pan)(pan)轉速(su)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)與所述(shu)轉盤(pan)(pan)電連接,所述(shu)轉盤(pan)(pan)轉速(su)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)所述(shu)送料(liao)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)的(de)均勻化送粉量達到3g/min~10g/min;
6、和/或,
7、所(suo)述運(yun)動(dong)(dong)(dong)控制(zhi)裝(zhuang)置(zhi)用于控制(zhi)用于帶(dai)動(dong)(dong)(dong)等離(li)子噴槍橫(heng)向移(yi)動(dong)(dong)(dong)的(de)機械手移(yi)動(dong)(dong)(dong)或其它移(yi)動(dong)(dong)(dong)平臺移(yi)動(dong)(dong)(dong),所(suo)述運(yun)動(dong)(dong)(dong)控制(zhi)裝(zhuang)置(zhi)控制(zhi)所(suo)述等離(li)子噴槍的(de)橫(heng)向移(yi)動(dong)(dong)(dong)速度(du)達到500mm/s~2000mm/s。
8、可選(xuan)的(de)技(ji)術方案中,所述厚(hou)度反饋(kui)系統(tong)反饋(kui)的(de)厚(hou)度精度小于1μm。
9、可(ke)選的技術方案中,所(suo)述厚(hou)(hou)(hou)度反饋系統通過金(jin)相(xiang)測(ce)厚(hou)(hou)(hou)、測(ce)厚(hou)(hou)(hou)儀測(ce)厚(hou)(hou)(hou)、藍光掃描和三坐標測(ce)量儀測(ce)量之中的至少一種方法(fa)獲得(de)涂層厚(hou)(hou)(hou)度。
10、可選的技(ji)術方案中,所(suo)(suo)述控制噴(pen)涂系統(tong)包括(kuo)控制所(suo)(suo)述等離(li)(li)子(zi)噴(pen)涂的參數,所(suo)(suo)述等離(li)(li)子(zi)噴(pen)涂中,噴(pen)涂距離(li)(li)為(wei)(wei)(wei)70mm~130mm,噴(pen)涂功率為(wei)(wei)(wei)15kw~80kw,送(song)分氣體流量(liang)為(wei)(wei)(wei)6l/min~7l/min,噴(pen)涂角度(du)為(wei)(wei)(wei)75°~90°,預(yu)熱溫度(du)為(wei)(wei)(wei)250℃~350℃,送(song)粉壓(ya)力(li)為(wei)(wei)(wei)0.15mpa~0.3mpa。
11、可選的(de)技術方案中,還(huan)包括:控制(zhi)前處(chu)理步驟的(de)參(can)數(shu),在(zai)所述前處(chu)理步驟中,使用100#~120#的(de)白剛玉進行噴砂處(chu)理。
12、本發(fa)明的第二(er)方面的目的在(zai)于(yu)提供一種熱障涂(tu)層,以解決熱障涂(tu)層整(zheng)體厚度過大的技(ji)術(shu)問題。
13、本發明第二方(fang)面(mian)提供的熱障涂(tu)層,由上述任(ren)一項的大氣等離子噴(pen)涂(tu)方(fang)法制備(bei)而(er)成;所(suo)述熱障涂(tu)層包括金屬(shu)粘結層、交替多層陶(tao)瓷隔熱層,所(suo)述金屬(shu)粘結層和所(suo)述交替多層陶(tao)瓷隔熱層自基體依(yi)次(ci)設置。
14、通(tong)過在(zai)(zai)熱障涂(tu)層中設置上述大氣(qi)等離(li)子噴涂(tu)方(fang)(fang)法,相應地,該熱障涂(tu)層具(ju)有上述大氣(qi)等離(li)子噴涂(tu)方(fang)(fang)法的(de)所有優勢(shi),在(zai)(zai)此不再一(yi)一(yi)贅述。
15、可選的(de)技(ji)術方案(an)中,所(suo)述(shu)熱障(zhang)涂(tu)層(ceng)還包括設(she)置于所(suo)述(shu)交替多(duo)層(ceng)陶瓷隔熱層(ceng)表(biao)面的(de)表(biao)面低紅(hong)(hong)外發(fa)射率涂(tu)層(ceng),所(suo)述(shu)表(biao)面低紅(hong)(hong)外發(fa)射率涂(tu)層(ceng)選自貴金屬或高溫(wen)介(jie)電陶瓷材料。
16、可(ke)選的技(ji)術方案中,所(suo)述(shu)交替多層(ceng)陶瓷隔熱涂層(ceng)采(cai)用(yong)至少兩種不同的高(gao)溫熱障(zhang)材(cai)料,所(suo)述(shu)高(gao)溫熱障(zhang)材(cai)料包括ysz、gzo、al2o3以及(ji)稀(xi)土鋯酸(suan)鹽(yan)、鈰酸(suan)鹽(yan),所(suo)噴涂的高(gao)溫熱障(zhang)材(cai)料應為球(qiu)(qiu)形(xing)粉末(mo)或近(jin)球(qiu)(qiu)形(xing)粉末(mo),所(suo)述(shu)球(qiu)(qiu)形(xing)粉末(mo)和所(suo)述(shu)近(jin)球(qiu)(qiu)形(xing)粉末(mo)的粒徑在15μm~70μm之間(jian)。
17、可(ke)選的技術方案中,所述交(jiao)替多(duo)層(ceng)陶瓷隔熱涂層(ceng)的材料(liao)數量(liang)為2層(ceng)~20層(ceng);每(mei)層(ceng)的厚度均值(zhi)為5μm~50μm。
18、通過在(zai)(zai)熱障涂(tu)層(ceng)中設置上述(shu)大氣等離子噴涂(tu)方(fang)法,相應地,該熱障涂(tu)層(ceng)具有(you)上述(shu)大氣等離子噴涂(tu)方(fang)法的(de)所有(you)優勢,在(zai)(zai)此不(bu)再(zai)一一贅述(shu)。
1.一種(zhong)大氣等(deng)離子(zi)噴涂(tu)方(fang)法,其特征在于,包括交(jiao)替層厚度控制(zhi)(zhi)步驟(zou),所(suo)述交(jiao)替層厚度控制(zhi)(zhi)步驟(zou)中,獲取送(song)料裝(zhuang)置的第(di)一參(can)數(shu)、運(yun)動控制(zhi)(zhi)裝(zhuang)置的第(di)二參(can)數(shu)、噴涂(tu)系(xi)統(tong)的第(di)三參(can)數(shu)和厚度反饋(kui)系(xi)統(tong)的反饋(kui)信(xin)息,并控制(zhi)(zhi)所(suo)述送(song)料裝(zhuang)置、所(suo)述運(yun)動控制(zhi)(zhi)裝(zhuang)置和所(suo)述噴涂(tu)系(xi)統(tong)。
2.根據權(quan)利要求1所(suo)(suo)述(shu)的大氣等離子噴涂方法(fa),其特征在于,所(suo)(suo)述(shu)送料裝(zhuang)置(zhi)(zhi)包括轉盤(pan)和轉盤(pan)轉速(su)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)裝(zhuang)置(zhi)(zhi),所(suo)(suo)述(shu)轉盤(pan)轉速(su)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)與所(suo)(suo)述(shu)轉盤(pan)電(dian)連(lian)接,所(suo)(suo)述(shu)轉盤(pan)轉速(su)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)所(suo)(suo)述(shu)送料裝(zhuang)置(zhi)(zhi)的均勻化送粉(fen)量(liang)達(da)到3g/min~10g/min;
3.根據(ju)權利要求1所(suo)述的(de)大氣等離子噴涂方法(fa),其特(te)征(zheng)在于,所(suo)述厚度反饋(kui)(kui)系統反饋(kui)(kui)的(de)厚度精度小(xiao)于1μm。
4.根據權利要求3所述的大(da)氣等離子噴涂方法(fa),其特征在(zai)于,所述厚度反饋系統通過(guo)金相測(ce)厚、測(ce)厚儀測(ce)厚、藍光(guang)掃描(miao)和三坐標測(ce)量(liang)儀測(ce)量(liang)之中的至少一種方法(fa)獲得(de)涂層厚度。
5.根(gen)據權利要求1-4中任一項所(suo)述的大氣(qi)等(deng)離(li)子(zi)噴(pen)涂(tu)(tu)方(fang)法,其特(te)征在于(yu),所(suo)述控(kong)制噴(pen)涂(tu)(tu)系統包括控(kong)制所(suo)述等(deng)離(li)子(zi)噴(pen)涂(tu)(tu)的參數,所(suo)述等(deng)離(li)子(zi)噴(pen)涂(tu)(tu)中,噴(pen)涂(tu)(tu)距離(li)為(wei)(wei)70mm~130mm,噴(pen)涂(tu)(tu)功率為(wei)(wei)15kw~80kw,送分(fen)氣(qi)體流量為(wei)(wei)6l/min~7l/min,噴(pen)涂(tu)(tu)角度為(wei)(wei)75°~90°,預熱溫度為(wei)(wei)250℃~350℃,送粉壓力為(wei)(wei)0.15mpa~0.3mpa。
6.根據權利要求1-4中任一項所述的(de)大氣(qi)等離(li)子噴涂方法(fa),其特征(zheng)在于,還包括:控(kong)制前處理(li)步(bu)驟(zou)的(de)參數,在所述前處理(li)步(bu)驟(zou)中,使用100#~120#的(de)白剛玉進行噴砂處理(li)。
7.一種(zhong)熱(re)障(zhang)涂層(ceng),其特(te)征在于,所述熱(re)障(zhang)涂層(ceng)由權(quan)利要求1-6中任一項的(de)大(da)氣等(deng)離子噴涂方法(fa)制備而成;所述熱(re)障(zhang)涂層(ceng)包括金屬粘(zhan)結(jie)層(ceng)、交替(ti)多(duo)層(ceng)陶(tao)(tao)瓷(ci)隔熱(re)層(ceng),所述金屬粘(zhan)結(jie)層(ceng)和所述交替(ti)多(duo)層(ceng)陶(tao)(tao)瓷(ci)隔熱(re)層(ceng)自基體依(yi)次設置。
8.根據(ju)權(quan)利(li)要求7所(suo)述(shu)的(de)(de)熱障(zhang)涂層(ceng)(ceng),其特征在于(yu),所(suo)述(shu)熱障(zhang)涂層(ceng)(ceng)還包括設置(zhi)于(yu)所(suo)述(shu)交替(ti)多層(ceng)(ceng)陶瓷隔熱層(ceng)(ceng)表(biao)面的(de)(de)表(biao)面低紅外發(fa)射(she)率(lv)涂層(ceng)(ceng),所(suo)述(shu)表(biao)面低紅外發(fa)射(she)率(lv)涂層(ceng)(ceng)選自(zi)貴金屬或高溫介(jie)電陶瓷材料。
9.根據權(quan)利要求7所(suo)述(shu)的(de)(de)熱(re)障涂層(ceng),其(qi)特征在于(yu),所(suo)述(shu)交(jiao)替多層(ceng)陶瓷隔熱(re)涂層(ceng)采用(yong)至(zhi)少兩種不同的(de)(de)高溫熱(re)障材(cai)料(liao),所(suo)述(shu)高溫熱(re)障材(cai)料(liao)包括(kuo)ysz、gzo、al2o3以(yi)及稀土(tu)鋯酸鹽(yan)、鈰酸鹽(yan),所(suo)噴涂的(de)(de)高溫熱(re)障材(cai)料(liao)應為球(qiu)形(xing)粉(fen)末(mo)(mo)或(huo)近(jin)球(qiu)形(xing)粉(fen)末(mo)(mo),所(suo)述(shu)球(qiu)形(xing)粉(fen)末(mo)(mo)和所(suo)述(shu)近(jin)球(qiu)形(xing)粉(fen)末(mo)(mo)的(de)(de)粒徑(jing)在15μm~70μm之間。
10.根據權利要求7所述的熱障涂(tu)層(ceng)(ceng),其特征(zheng)在于(yu),所述交替多層(ceng)(ceng)陶瓷隔(ge)熱涂(tu)層(ceng)(ceng)的材料(liao)數量為2層(ceng)(ceng)~20層(ceng)(ceng);每層(ceng)(ceng)的厚度均值為5μm~50μm。