一種鎳鋁摻雜復合熱障涂層的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種鎳鋁摻雜復合熱障涂層，該復合熱障涂層涂覆在鎳基合金表面，所述的復合熱障涂層由從下而上依次設置在鎳基合金表面上的陶瓷摻雜鎳復合層及陶瓷摻雜鋁復合層組合而成。與現有技術相比，本實用新型復合熱障涂層具有更加優良的抗熱震性能和抗氧化能力，制備實施簡便，涂層性能易于控制，內部結構致密性好，隔熱性能和抗高溫氧化性能優異，不易脫落及開裂，使用壽命長。
【專利說明】
一種鎳鋁摻雜復合熱障涂層
技術領域
[0001]本實用新型屬于熱障涂層材料技術領域，涉及一種鎳鋁摻雜復合熱障涂層。
【背景技術】
[0002]目前，隨著航空、航天及民用技術的發展，熱端部件的使用溫度要求越來越高，已達到高溫合金和單晶材料的極限狀況。以燃料輪機的受熱部件，如噴嘴、葉片、燃燒室為例，它們處于高溫氧化和高溫氣流沖蝕等惡劣環境中，承受溫度高達1100°c，已超過了高溫鎳合金使用的極限溫度(1075°c)。針對這一問題，將金屬的高強度、高韌性與陶瓷的耐高溫的優點結合起來，制備得到的熱障涂層能解決上述問題，它能起到隔熱、抗氧化、防腐蝕的作用，現已在汽輪機、柴油發電機、噴氣式發動機等熱端材料上取得一定應用，并延長了熱端部件的使用壽命。
[0003]熱障涂層(Thermal Barrier Coatings)主要由金屬粘結層和陶瓷層組成，雙層結構制備工藝簡單、隔熱能力強，是目前實際應用最多的形式;但是，雙層結構中金屬粘結層與陶瓷層的界面明顯，熱膨脹系數在界面躍變較大，在熱載荷的作用下，在涂層內部會產生較大應力，使涂層的抗熱震性能難以提高，這也極大阻礙了熱障涂層技術的發展。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種隔熱性能和抗高溫氧化性能優異，與基體間的粘結強度高、不易脫落及開裂，使用壽命長、經濟成本低的鎳鋁摻雜復合熱障涂層。
[0005]本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0006]—種鎳鋁摻雜復合熱障涂層，該復合熱障涂層涂覆在鎳基合金表面，所述的復合熱障涂層由從下而上依次設置在鎳基合金表面上的陶瓷摻雜鎳復合層及陶瓷摻雜鋁復合層組合而成。
[0007]所述的陶瓷摻雜鎳復合層與陶瓷摻雜鋁復合層的厚度之比為1-1.5:1。
[0008]所述的陶瓷摻雜鎳復合層及陶瓷摻雜鋁復合層中的陶瓷均為摻入氧化釔穩定的氧化鋯(簡稱YSZ)。
[0009]所述的復合熱障涂層的厚度為45_60μπι。
[0010]作為優選的技術方案，所述的復合熱障涂層的厚度為50μπι。
[0011]所述的陶瓷摻雜鎳復合層中，摻入氧化釔穩定的氧化鋯的質量分數為94-98%，其余為鎳粉。
[0012]作為優選的技術方案，所述的陶瓷摻雜鎳復合層中，摻入氧化釔穩定的氧化鋯的質量分數為96%，鎳粉的質量分數為4%。
[0013]所述的陶瓷摻雜鋁復合層中，摻入氧化釔穩定的氧化鋯的質量分數為94-98%，其余為鋁粉。
[0014]作為優選的技術方案，所述的陶瓷摻雜鋁復合層中，摻入氧化釔穩定的氧化鋯的質量分數為96%，鋁粉的質量分數為4%。
[0015]本實用新型中，所述的摻入氧化釔穩定的氧化鋯是摻入6_8wt%氧化釔(Y2O3)穩定的氧化鋯(ZrO2)。
[0016]在實際制備過程中，通過電泳沉積及真空燒結工藝，將YSZ摻雜鎳復合層和YSZ摻雜鋁復合層依次涂覆在鎳基合金表面。在高溫下，YSZ摻雜鎳復合層中摻雜的Ni元素向基體擴散，基體中的N1、Cr等合金元素向，YSZ摻雜鎳復合層擴散，由于YSZ摻雜鎳復合層與基體都含有Ni，所以，YSZ摻雜鎳復合層與基體的熱膨脹系數不匹配度下降。另外，在真空燒結后，YSZ摻雜鎳復合層與基體之間生成合金化合物，界面處自發形成了成分與傳統的金屬層相近的過渡層，大大提高了復合熱障涂層與基體之間的粘結強度，也提高了復合熱障涂層的隔熱性能。而YSZ摻雜鋁復合層由于在YSZ里摻雜鋁，在高溫條件下，YSZ摻雜鋁復合層就會發生高溫氧化，其中的Al被優先氧化而形成致密的氧化鋁薄膜，進而有效地阻擋外界空氣進入復合熱障涂層內部，從而保護了 YSZ摻雜鎳復合層及鎳基合金。
[0017]與現有技術相比，本實用新型具有以下特點:
[0018]I)本實用新型復合熱障涂層比普通的熱障涂層少了一層金屬層，結構更加簡單，而且隔熱效果及粘結強度具有明顯改善，經濟成本低；
[0019]2)本實用新型復合熱障涂層增加了與鎳基合金的粘結強度，粘結強度提高了 94%以上；
[0020]3)本實用新型復合熱障涂層具有更加優良的抗熱震性能和抗氧化能力，同時，涂層的制備過程實施簡便，涂層性能易于控制，內部結構致密性好，隔熱性能和抗高溫氧化性能優異，不易脫落及開裂，使用壽命長。
【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型結構不意圖；
[0022]圖中標記說明:
[0023]I—陶瓷摻雜鋁復合層、2—陶瓷摻雜鎳復合層、3—鎳基合金。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。
[0025]實施例1:
[0026]如圖1所示，一種鎳鋁摻雜復合熱障涂層，該復合熱障涂層涂覆在鎳基合金3表面，復合熱障涂層由從下而上依次設置在鎳基合金3表面上的陶瓷摻雜鎳復合層2及陶瓷摻雜鋁復合層I組合而成。
[0027]其中，陶瓷摻雜鎳復合層2與陶瓷摻雜鋁復合層I的厚度之比為1:1。陶瓷摻雜鎳復合層2及陶瓷摻雜鋁復合層I中的陶瓷均為摻入氧化釔穩定的氧化鋯，該摻入氧化釔穩定的氧化鋯是摻入6wt %氧化釔(Y2O3)穩定的氧化鋯(ZrO2)。
[0028]本實施例中，復合熱障涂層的厚度為50μπι。
[0029]陶瓷摻雜鎳復合層2中，摻入氧化釔穩定的氧化鋯的質量分數為96%，鎳粉的質量分數為4 %。
[0030]陶瓷摻雜鋁復合層I中，摻入氧化釔穩定的氧化鋯的質量分數為96%，鋁粉的質量分數為4 %。
[0031]實施例2:
[0032]本實施例中，陶瓷摻雜鎳復合層2與陶瓷摻雜鋁復合層I的厚度之比為1.5:1。復合熱障涂層的厚度為60μηι。
[0033]其中，陶瓷摻雜鎳復合層2中，摻入氧化釔穩定的氧化鋯的質量分數為94%，鎳粉的質量分數為6%。陶瓷摻雜鋁復合層I中，摻入氧化釔穩定的氧化鋯的質量分數為94%，鋁粉的質量分數為6%。摻入氧化釔穩定的氧化鋯是摻入8wt%氧化釔(Y2O3)穩定的氧化鋯
(Zr02)ο
[0034]其余同實施例1。
[0035]實施例3:
[0036]本實施例中，陶瓷摻雜鎳復合層2與陶瓷摻雜鋁復合層I的厚度之比為1.2:1。復合熱障涂層的厚度為45μπι。
[0037]其中，陶瓷摻雜鎳復合層2中，摻入氧化釔穩定的氧化鋯的質量分數為98%，鎳粉的質量分數為2%。陶瓷摻雜鋁復合層I中，摻入氧化釔穩定的氧化鋯的質量分數為98%，鋁粉的質量分數為2%。摻入氧化釔穩定的氧化鋯是摻入7wt%氧化釔(Y2O3)穩定的氧化鋯
(Zr02)ο
[0038]其余同實施例1。
[0039]實施例4:
[0040]本實施例中，陶瓷摻雜鎳復合層2與陶瓷摻雜鋁復合層I的厚度之比為1:1。復合熱障涂層的厚度為56μηι。
[0041]其中，陶瓷摻雜鎳復合層2中，摻入氧化釔穩定的氧化鋯的質量分數為95%，鎳粉的質量分數為5%。陶瓷摻雜鋁復合層I中，摻入氧化釔穩定的氧化鋯的質量分數為95%，鋁粉的質量分數為5%。
[0042]其余同實施例1。
[0043]上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和使用實用新型。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本實用新型不限于上述實施例，本領域技術人員根據本實用新型的揭示，不脫離本實用新型范疇所做出的改進和修改都應該在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種鎳鋁摻雜復合熱障涂層，該復合熱障涂層涂覆在鎳基合金(3)表面，其特征在于，所述的復合熱障涂層由從下而上依次設置在鎳基合金(3)表面上的陶瓷摻雜鎳復合層(2)及陶瓷摻雜鋁復合層(I)組合而成。2.根據權利要求1所述的一種鎳鋁摻雜復合熱障涂層，其特征在于，所述的陶瓷摻雜鎳復合層(2)與陶瓷摻雜鋁復合層(I)的厚度之比為1-1.5:1。3.根據權利要求1所述的一種鎳鋁摻雜復合熱障涂層，其特征在于，所述的陶瓷摻雜鎳復合層(2)及陶瓷摻雜鋁復合層(I)中的陶瓷均為摻入氧化釔穩定的氧化鋯。4.根據權利要求1至3任一項所述的一種鎳鋁摻雜復合熱障涂層，其特征在于，所述的復合熱障涂層的厚度為45-60μπι。5.根據權利要求4所述的一種鎳鋁摻雜復合熱障涂層，其特征在于，所述的復合熱障涂層的厚度為50μηι。
【文檔編號】B22F7/02GK205501439SQ201620211996
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月18日
【發明人】王莉莉, 王偉, 宋閃光, 譚世磊, 陳柏林, 葛然然, 解輝, 戚哮嘯, 范燁力, 朱士娟, 余濤
【申請人】上海工程技術大學