一种双螺旋结构热障涂层制备工艺.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115961231A(43)申请公布日2023.04.14(21)申请号202211651270.X(22)申请日2022.12.22(71)申请人西安工业大学地址710016陕西省西安市未央区未央湖街道西安工业大学(72)发明人高培虎陈白阳金灿李建平杨忠郭永春郭巧琴段洪波杨伟(74)专利代理机构北京中创博腾知识产权代理事务所(普通合伙)11636专利代理师李梅(51)Int.Cl.C23C4/134(2016.01)C23C4/04(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种双螺旋结构热障涂层制备工艺(57)摘要本发明公开了一种双螺旋结构热障涂层制备工艺，包括以下步骤：步骤一、热障涂层模型建立与模拟；步骤二、陶瓷层喷涂：采用等离子喷涂技术制备陶瓷层，并根据软件模拟的关系调节等离子喷涂陶瓷层每层厚度；步骤三、制备不同角度的双螺旋结构热障涂层：根据等离子喷枪线速度、出粉速率和变位机协同，逆时针和顺时针方向交错旋转调节热障涂层层间结合角度和层间有效结合面积，制备出具有双螺旋结构的热障涂层。本发明通过调控热障涂层的层间结合角度，使其具有双螺旋结构，制备出热导率低、隔热性能优异的热障涂层。CN115961231ACN115961231A权利要求书1/1页1.一种双螺旋结构热障涂层制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、热障涂层模型建立与模拟：在制备热障涂层之前，先通过Solidworks软件对不同双螺旋角度热障涂层进行建模，再用SolidWorksSimulation软件模拟热障涂层的层间结合角度、层间结合的有效结合面积与热障涂层热导率的关系，通过逆时针和顺时针方向交错旋转改变层间结合换热角度，使层间结构呈一种双螺旋结构；步骤二、陶瓷层制备：采用等离子喷涂技术制备陶瓷层，并根据软件模拟的关系调节等离子喷涂陶瓷层每层厚度；步骤三、制备不同角度的双螺旋结构热障涂层：根据等离子喷枪线速度、出粉速率以及变位机控制，逆时针和顺时针方向交错旋转调节热障涂层层间结合角度和层间有效结合面积，制备出具有双螺旋结构的热障涂层。2.根据权利要求1所述的双螺旋结构热障涂层制备工艺，其特征在于，步骤二中：所述陶瓷层的每层厚度是根据等离子喷枪线速度和出粉速率关系进行调节。3.根据权利要求2所述的双螺旋结构热障涂层制备工艺，其特征在于，步骤二中：喷涂陶瓷层每层厚度为0.01mm、0.015mm、0.02mm或者0.025mm；对应等离子喷枪线速度为0.3m/s、0.6m/s、0.9m/s或者1.1m/s；以及等离子喷枪的出粉速率为3g/s、6g/s、10g/s或者15g/s。4.根据权利要求1所述的双螺旋结构热障涂层制备工艺，其特征在于，所述步骤三中：调节热障涂层层间结合角度和层间有效结合面积的方式是调节等离子喷枪与工件的垂直，变位机在每完成一层陶瓷层涂层制备后，工件水平顺时针和逆时针交错旋转15‑75度，后续所制备的陶瓷层依此规律制备至相应厚度停止。2CN115961231A说明书1/3页一种双螺旋结构热障涂层制备工艺技术领域[0001]本发明属于航空航天发动机领域，尤其涉及一种双螺旋结构热障涂层制备工艺。背景技术[0002]热障涂层(TBCs)是一种以陶瓷涂层为主体的，起隔热作用的高温应用涂层，它通常沉积在耐高温金属或超合金的表面，具有降低基材温度、硬度高、化学稳定性好、防止高温腐蚀、延长热端部件使用寿命、提高发动机功率和减少燃油消耗等优点。[0003]目前，锅炉、内燃机、燃气轮机、航空航天发动机等燃烧室高温部件的正常运行离不开隔热的防护措施，陶瓷涂层是高温部件隔热处理的首选。陶瓷涂层可通过改变其材料或结构来降低热导率，使其更好得保护高温部件。改变陶瓷涂层结构可通过调整制备工艺来实现。通过大气等离子喷涂技术(APS)制备的热障涂层具有层状结构，改变层状结构的层间结合角度，使其具备双螺旋结构，可有效延长热流的传递路径，从而有效降低热障涂层的热导率；在一定陶瓷层厚度下，减少每一层陶瓷层的厚度，可增加陶瓷层之间换热次数，增加热阻，进一步降低热障涂层的热导率。另一方面，减小热障涂层陶瓷层间有效结合面积，可降低热障涂层热导率，提高隔热效果。[0004]鉴于此，特提出本发明。通过调整离子喷枪线速度和出粉速率的关系，调节等离子喷涂陶瓷层每层厚度，同时根据等离子喷枪和变位机协同作用，可有效调节热障涂层层间结合角度、层间有效结合面积以及单道次层厚，优化制备热导低、隔热效果好的双螺旋结构热障涂层，使其适应于发动机部件恶劣的高温工作环境。发明内容[0005]本发明的目的在于提供一种双螺旋结构热障涂层制备工艺，旨在提高热障涂层的隔热性能。[0006]本发明是这样实现的，一种双螺旋结构热障涂层