【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及防護涂層，具體而言，涉及一種基于ps-pvd的cmas防護熱障涂層及其制備方法。
技術介紹
1、航空發動機和燃氣輪機的核心熱端部件是渦輪葉片，而熱障涂層是渦輪葉片表面不可或缺的關鍵熱防護技術。在航空發動機和燃氣輪機工作時，會經常遇到沙塵、火山灰或鹽霧等環境沉積物，這種環境沉積物通過附著在熱障涂層表面，對熱障涂層進行腐蝕滲透，會導致熱障涂層剝落失效。較為典型的環境沉積物為cmas，其主要包括cao、mgo、al2o3和sio2，而現有的熱障涂層抗cmas腐蝕能力較弱。
2、ps-pvd(plasma?spray?physical?vapor?deposition，等離子噴涂物理氣相沉積)是近些年逐漸發展起來的先進涂層制備技術，ps-pvd制備的熱障涂層同時具有aps(airplasma?spray，大氣等離子噴涂)所制備的熱障涂層的高孔隙率、高隔熱能力特點以及eb-pvd(electron?beam?physical?vapor?deposition，電子束物理氣相沉積)所制備的熱障涂層的高應變容限和長壽命特點，是未來涂層制備技術的發展趨勢。
3、ps-pvd具有復雜的形核和連續沉積機制，固、液、氣三相均可形核且競向生長，調控涂層的結構存在極大的困難，不易在樣品表面獲得致密層。
技術實現思路
1、本專利技術的第一個目的在于提供一種基于ps-pvd的cmas防護熱障涂層，以解決現有熱障涂層抗cmas腐蝕能力較弱的技術問題。
2、本專利技
3、進一步地，所述第一陶瓷層的厚度與所述第二陶瓷層的厚度的比值，在0.1:1～10:1之間，且所述第一陶瓷層至所述第二陶瓷層在形貌上為連續生長的準柱狀結構。
4、進一步地，所述表面致密層的厚度在1～50μm之間；和/或，所述表面致密層的厚度為所述熱障涂層的厚度的1％～20％；和/或，所述第一陶瓷層的材質為氧化釔穩定氧化鋯；和/或，所述第二陶瓷層和所述表面致密層的材質為稀土改性鋯酸鹽。
5、本專利技術基于ps-pvd的cmas防護熱障涂層帶來的有益效果是：
6、該熱障涂層通過將表面致密層的孔隙率設置為由內向外呈梯度式降低，結構由內層的準柱狀結構逐步過渡為外層的層狀結構，即：表面致密層采用梯度沉積過渡工藝形成，一方面，使得涂層的致密度逐漸提高，另一方面，還使得第二陶瓷層向表面致密層可以平緩過渡，因此，表面致密層在呈準柱狀結構的第一陶瓷層及第二陶瓷層的表面及間隙位置結合更加緊密，不會出現明顯的裂紋與孔隙。另外，上述過渡區域也有利于緩解表面致密層與柱狀晶之間的應力作用，降低涂層剝落風險。
7、通過將表面致密層的材質設置為與第二陶瓷層的材質一致，可以避免兩種涂層之間的熱失配應力，使得涂層間結合效果較好，表面致密層能夠較好地覆蓋到準柱狀結構表面，對孔隙裂紋與準柱狀結構的孔隙處起到一定的封孔作用，使得該熱障涂層具有良好的抗cmas腐蝕能力，以減少實際應用中熔融cmas的滲透，從而能夠有效改善航空發動機與燃氣輪機熱端部件在惡劣環境下的適應性。
8、另外，由于表面致密層的材質與第二陶瓷層的材質一致，還使得在涂層沉積工藝切換過程中，無需中間處理，而是可以直接加入到噴涂程序中，實現流水化噴涂作業，生產成本較低。
9、本專利技術的第二個目的在于提供一種基于ps-pvd的cmas防護熱障涂層的制備方法，以解決現有熱障涂層抗cmas腐蝕能力較弱的技術問題。
10、本專利技術提供的基于ps-pvd的cmas防護熱障涂層的制備方法，用于制備上述熱障涂層，包括：
11、步驟s100：將待加工的樣品置于ps-pvd設備的真空室中，對所述真空室抽真空后，利用等離子焰流對所述樣品進行預熱；其中，所述樣品包括基體和沉積于所述基體外表面的粘結層；
12、步驟s200：運行預設的噴涂程序，開啟送粉器，依次沉積第一陶瓷層、第二陶瓷層和表面致密層；
13、步驟s300：關閉送粉器，運行降溫程序，逐步減少氣體流量，梯度降溫，待降溫程序完成后滅弧，關閉等離子噴槍；
14、步驟s400：向真空室充入ar，待真空室的壓力達到一個大氣壓，且樣品溫度降低至預設溫度后，開腔取出，完成制備。
15、進一步地，所述步驟s100中，所述真空室的真空度為10～500pa；所述樣品的預熱溫度為500～800℃。
16、進一步地，所述步驟s200中，沉積所述第一陶瓷層、所述第二陶瓷層和所述表面致密層所使用的等離子噴槍的噴涂電流，均為1600～2200a；沉積所述第一陶瓷層和所述第二陶瓷層所使用的ar流量均為20～40slpm，he流量均為50～70slpm。
17、進一步地，所述步驟s200中，沉積所述表面致密層的工藝過程包括3～8個工藝步，其中，在所述表面致密層沉積的整個過程中，ar的流量由20～40slpm逐步增加至100～130slpm，he的流量由50～70slpm逐步降低至10～30slpm；每個工藝步所形成的表面致密層的厚度為1～20μm。
18、進一步地，沉積所述表面致密層的工藝過程包括5個工藝步，依次為：
19、ar的流量為20～40slpm，he的流量為50～70slpm，該工藝步所形成的涂層呈準柱狀結構，孔隙率為15～20％，沉積效率為0.4～0.8μm/s；
20、ar的流量為40～60slpm，he的流量為40～60slpm，該工藝步所形成的涂層呈準柱狀結構，孔隙率為10～15％，沉積效率為0.4～0.8μm/s；
21、ar的流量為60～80slpm，he的流量為30～50slpm，該工藝步所形成的涂層呈固-液-氣混合沉積層狀結構，孔隙率為7～10％，沉積效率為0.1～0.2μm/s；
22、ar的流量為80～100slpm，he的流量為20～40slpm，該工藝步所形成的涂層呈固-液-氣混合沉積層狀結構，孔隙率為3～7％，沉積效率為0.1～0.2μm/s；
23、ar的流量為100～130slpm，he的流量為10～30slpm，該工藝步所形成的涂層呈固-液-氣混合沉積層狀結構，孔隙率為1～3％，沉積效率為0.1～0.2μm/s。
24、進一步地，每個工藝步所形成的表面致密層的厚度由沉積時間調控。
25、進一步地，所述步驟s200中，送粉器為雙側送粉器，所述雙側送粉器的一側裝填氧化釔穩定氧化鋯，另一側裝填稀土改性鋯酸鹽；所述雙側送粉器的罐體的保溫溫度為50～100℃，所述雙側送粉器每一側的送粉量為5～20g/min，所述雙側送粉器每一側的流量為5～20slp本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于PS-PVD的CMAS防護熱障涂層，其特征在于，包括由內向外依次設置的粘結層、第一陶瓷層、第二陶瓷層和表面致密層，其中，所述表面致密層的材質與所述第二陶瓷層的材質相同，且所述表面致密層的孔隙率由內向外呈梯度式降低，所述表面致密層的結構由內層的準柱狀結構逐步過渡為外層的層狀結構。
2.根據權利要求1所述的熱障涂層，其特征在于，所述第一陶瓷層的厚度與所述第二陶瓷層的厚度的比值，在0.1:1～10:1之間，且所述第一陶瓷層至所述第二陶瓷層在形貌上為連續生長的準柱狀結構。
3.根據權利要求1所述的熱障涂層，其特征在于，所述表面致密層的厚度在1～50μm之間；和/或，所述表面致密層的厚度為所述熱障涂層的厚度的1％～20％；和/或，所述第一陶瓷層的材質為氧化釔穩定氧化鋯；和/或，所述第二陶瓷層和所述表面致密層的材質為稀土改性鋯酸鹽。
4.一種基于PS-PVD的CMAS防護熱障涂層的制備方法，其特征在于，用于制備權利要求1-3任一項所述的熱障涂層，包括：
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S100中，所述真空室的真
6.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S200中，沉積所述第一陶瓷層、所述第二陶瓷層和所述表面致密層所使用的等離子噴槍的噴涂電流，均為1600～2200A；沉積所述第一陶瓷層和所述第二陶瓷層所使用的Ar流量均為20～40SLPM，He流量均為50～70SLPM。
7.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S200中，沉積所述表面致密層的工藝過程包括3～8個工藝步，其中，在所述表面致密層沉積的整個過程中，Ar的流量由20～40SLPM逐步增加至100～130SLPM，He的流量由50～70SLPM逐步降低至10～30SLPM；每個工藝步所形成的表面致密層的厚度為1～20μm。
8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，沉積所述表面致密層的工藝過程包括5個工藝步，依次為：
9.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，每個工藝步所形成的表面致密層的厚度由沉積時間調控。
10.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S200中，送粉器為雙側送粉器，所述雙側送粉器的一側裝填氧化釔穩定氧化鋯，另一側裝填稀土改性鋯酸鹽；所述雙側送粉器的罐體的保溫溫度為50～100℃，所述雙側送粉器每一側的送粉量為5～20g/min，所述雙側送粉器每一側的流量為5～20SLPM。
...【技術特征摘要】
1.一種基于ps-pvd的cmas防護熱障涂層，其特征在于，包括由內向外依次設置的粘結層、第一陶瓷層、第二陶瓷層和表面致密層，其中，所述表面致密層的材質與所述第二陶瓷層的材質相同，且所述表面致密層的孔隙率由內向外呈梯度式降低，所述表面致密層的結構由內層的準柱狀結構逐步過渡為外層的層狀結構。
2.根據權利要求1所述的熱障涂層，其特征在于，所述第一陶瓷層的厚度與所述第二陶瓷層的厚度的比值，在0.1:1～10:1之間，且所述第一陶瓷層至所述第二陶瓷層在形貌上為連續生長的準柱狀結構。
3.根據權利要求1所述的熱障涂層，其特征在于，所述表面致密層的厚度在1～50μm之間；和/或，所述表面致密層的厚度為所述熱障涂層的厚度的1％～20％；和/或，所述第一陶瓷層的材質為氧化釔穩定氧化鋯；和/或，所述第二陶瓷層和所述表面致密層的材質為稀土改性鋯酸鹽。
4.一種基于ps-pvd的cmas防護熱障涂層的制備方法，其特征在于，用于制備權利要求1-3任一項所述的熱障涂層，包括：
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s100中，所述真空室的真空度為10～500pa；所述樣品的預熱溫度為500～800℃。
6.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于...
【專利技術屬性】
技術研發人員：何箐，馮曉龍，趙乾，
申請(專利權)人：北京金輪坤天特種機械有限公司，
類型：發明
國別省市：
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