一种功能梯度热障涂层及其制备方法.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CN110205626A(43)申请公布日2019.09.06(21)申请号201910592722.3(22)申请日2019.07.03(71)申请人西安热工研究院有限公司地址710032陕西省西安市碑林区兴庆路136号(72)发明人南晴肖俊峰唐文书高斯峰李永君张炯(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人范巍(51)Int.Cl.C23C24/10(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种功能梯度热障涂层及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种功能梯度热障涂层及其制备方法，即利用激光近净成型技术在零部件基体合金上制备成分、结构连续变化的粘结层和陶瓷层。该方法制备热障涂层不受传统热喷涂加工过程中模具、卡具和工具以及零部件尺寸大小和几何形状复杂程度的约束；同时制备的热障涂层具有柱状晶粒取向结构、涂层结晶度高、厚度可控、以及涂层与基体之间结合强度超过350MPa等优点；本发明公开的一种功能梯度热障涂层的热循环寿命远高于传统纯YSZ与双陶瓷层热障涂层的热循环寿命，使用本发明的热障涂层可有效提高燃气轮机的进口燃气温度和热通道部件的服役寿命。CN110205626ACN110205626A权利要求书1/2页1.一种功能梯度热障涂层，其特征在于，该梯度热障涂层(8)包括依次设置在基体(1)上的粘结层(9)和陶瓷层(10)。2.根据权利要求1所述的一种功能梯度热障涂层，其特征在于，基体(1)为镍基高温合金。3.根据权利要求1所述的一种功能梯度热障涂层，其特征在于，粘结层(9)为从100％NiCoCrAlY涂层逐渐过渡为100％6～8YSZ涂层。4.根据权利要求1所述的一种功能梯度热障涂层，其特征在于，陶瓷层(10)为从100％6～8YSZ涂层过渡为100％的RMAl11O19涂层，其中R＝La～Gd；M＝Mg，Mn～Zn。5.一种功能梯度热障涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)，对镍基高温合金基体表面进行净化和粗化处理；步骤(2)，采用激光近净成型技术，在步骤(1)后处理后的高温合金基体表面沉积80～200μm的粘结层；步骤(3)，采用激光近净成型技术，在步骤(2)的粘结层表面沉积200～400μm的陶瓷层。6.根据权利要求5所述的一种功能梯度热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的净化处理是去除基体表面的氧化物、油渍以及其它污染物。7.根据权利要求6所述的一种功能梯度热障涂层的制备方法，其特征在于，表面净化处理采用320～800目砂纸打磨去除表面氧化物，然后依次用丙酮和无水乙醇溶液超声波清洗基体表面油渍和其他污染物；表面粗化处理采用刚玉砂加压湿喷砂粗化基体表面，然后依次用丙酮和无水乙醇溶液超声波清洗基体表面残留的刚玉砂，基体干燥后待用；其中，刚玉砂采用80～360目，喷砂压力为在0.2～0.6MPa，喷砂后基体表面粗糙度Ra≥3μm。8.根据权利要求5所述的一种功能梯度热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的粘结层涂层工艺流程为：首先对步骤(2)使用的NiCoCrAlY金属合金粉末和6～8YSZ陶瓷粉末进行干燥处理，然后将步骤(1)处理好的镍基高温合金基体固定在加工工作台，将干燥处理好的NiCoCrAlY金属合金粉末和6～8YSZ陶瓷粉末分别装入两个可控转速的单独粉末进料器，开始对粘结层涂层进行激光3D打印。9.根据权利要求8所述的一种功能梯度热障涂层的制备方法，其特征在于，粘结层的激光3D打印具体方法为：使用高达2kW的聚焦掺钕钇铝石榴石激光器，激光功率调整为200～250W，激光束半径为0.83～2mm，激光扫描速度为10～50mm·s-1，送粉速度为0～9g·min-1；工艺操作全程在氩环境中进行，氩气流量为5～200/min；对于粘结层，控制每层沉积层厚度为40～60μm；在第一层沉积时，NiCoCrAlY粉末进料器旋转速度调至5～9g·min-1，6～8YSZ粉末进料器旋转速度为0g·min1，使得第一层粘结层为100％NiCoCrAlY涂层，随着层数的增加，至第三层沉积时，NiCoCrAlY粉末进料器旋转速度逐渐降至0g·min-1，6～8YSZ粉末进料器旋转速度调至5～9g·min-1，使得第二层粘结层为80％NiCoCrAlY与20％6～8YSZ混合涂层，第三层粘结层为100％6～8YSZ涂层。10.根据权利要求8所述的一种功能梯度热障涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的梯度陶瓷涂层工艺流程为：首先对RMAl11O19粉末进行干燥处理，然后使用高达2kW的聚焦掺钕钇铝石榴石激光器，激光功率调整为200～250W，激光束半径为0.5～2.5mm，激光扫描2CN1102