一种热障涂层材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110256092A(43)申请公布日2019.09.20(21)申请号201910696758.6(22)申请日2019.07.30(71)申请人华东师范大学重庆研究院地址404101重庆市渝北区卉竹路2号1号楼1-2层1、2号房申请人华东师范大学(72)发明人曾和平黄延伟贺嘉杨(51)Int.Cl.C04B35/66(2006.01)C04B35/48(2006.01)C04B35/50(2006.01)C04B35/622(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种热障涂层材料及其制备方法(57)摘要本发明属于航空发动机关键涂层制备技术领域，具体为一种航空发动机涡轮热障涂层的制备方法。将热障涂层的反应原料粉末和稀土氧化物粉末均匀混合，预置于合金或金属基体上，控制激光光斑大小、功率、时间等参数进行激光辐照或烧结，激光共振激化稀土敏化离子，实现能量转移，持续的激光能量供应，使激化的离子发生再激化以及多步级联反应和能量转移，从而诱导混合原料发生高温固相反应，在基体上自蔓延生长一层热障涂层，本发明方法激光能量输入低，反应快速，制备的热障涂层与基底附着力高，涂层均匀裂纹少，具有较好的抗热震性能，且该制备方法原料利用率高，节能环保，适合大面积工业化生产。CN110256092ACN110256092A权利要求书1/1页1.一种热障涂层材料，其特征在于，分子通式为A2B2O7，其中，A为Sc、Y、La、Nd、Eu、Gd、Dy、Er、Yb和Lu中的至少一种，B为Ti、Zr、Ce和Hf中的至少一种。2.如权利要求1所述的热障涂层材料，其特征在于，分子式为Yb2Zr2O7。3.一种如权利要求1所述的热障涂层材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将氧化物AOm与氧化物BOn通过人工研磨或球磨混匀后，以无水乙醇、丙酮或去离子水为媒质进行湿法球磨，至粒径不超过1μm，将产物取出后，在60～80℃下干燥，得到磨料，将所述磨料进行研磨，得到反应粉末；S2、将所述反应粉末进行压实后，在激光照射下进行烧结，得到所述陶瓷电解质材料；其中，m和n均为整数。4.如权利要求3所述的热障涂层材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中还包括对反应粉末进行造粒的步骤，具体为：将粘结剂配制质量分数为1～10％的粘结剂水溶液，分2～3次加入到所述反应粉末中，进行研磨、过20～50目筛；步骤S2中还包括排粘的步骤，具体为：过筛后的产物进行压实，通过加热或激光辐照的方法进行排粘。5.如权利要求4所述的热障涂层材料的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括PVA、甲氧基硅烷、聚氨酯、硅酮中的至少一种。6.如权利要求4所述热障涂层材料的制备方法，其特征在于，所述加热的方法为，以2～5℃/min的速率升温至300～500℃，保温10～24h；所述激光照射的功率不超过30W，光斑直径为10～15mm，照射时间为5～20min。7.如权利要求3所述的热障涂层材料的制备方法，其特征在于，所述压实的方法为液压法或等静压法，所述液压的压力为2～15MPa之间，压实时间为3～10s；所述等静压法的压力为100～300MPa，压实时间为3s。8.如权利要求3所述的热障涂层材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述的激光的照射波长为980nm，功率为90～1500W。2CN110256092A说明书1/4页一种热障涂层材料及其制备方法技术领域[0001]本发明属于激光加工技术和能源材料领域，具体涉及一种热障涂层材料及其制备方法。背景技术[0002]热障涂层(ThermalBarrierCoatings,TBCs)，是将耐高温、低导热、抗腐蚀的陶瓷材料以涂层的方式涂覆在工件表面、以降低高温服役环境下工件表面温度的一种热防护技术，目前主要应用于燃气发动机涡轮叶片，可以显著提高发动机的工作效率和推力，同时可降低叶片合金的工作温度，从而大幅度提高发动机的寿命和可靠性，是先进航空发动机不可缺少的一项关键技术。随着航空航天工业的迅速发展，发动机涡轮叶片前燃气进口温度已达到1700℃，对耐热层以及涂覆技术要求越来越高，目前在热障涂层系统中广泛使用的是6-8wt.％Y2O3-ZrO2(6-8wt.％YSZ)材料，其存在相变失效、烧结严重、热膨胀不匹配及热导率高等一系列严重问题。A2B2O7型稀土锆酸盐材料具有比6-8wt.％更低的热导率，更好的隔热效果，同时在高温下具有良好的化学稳定性和相稳定性，是热障涂层陶瓷层的最佳候选材料之一。[0003]热障涂层制备技术是提高热障涂层性能的关键，目前YSZ热障涂层多采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)和等离子喷涂(APS)，但随着应用环境的苛刻，涂层制备技术需要不断提