一种钪钇共掺杂氧化锆涂层及其制备方法.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CN110078498A(43)申请公布日2019.08.02(21)申请号201910284660.X(22)申请日2019.04.10(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市咸宁西路28号(72)发明人白宇范薇陶闻钟汪瑞军王子圳(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人安彦彦(51)Int.Cl.C04B35/48(2006.01)C04B35/622(2006.01)C04B35/634(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图2页(54)发明名称一种钪钇共掺杂氧化锆涂层及其制备方法(57)摘要一种钪钇共掺杂氧化锆涂层及其制备方法，将钪钇共掺杂氧化锆粉末超声分散到以含有聚乙二醇的无水乙醇中，得到悬浮液，利用蠕动泵运输悬浮液，并用雾化器使其雾化后送入超音速等离子喷枪的射流中并在预热后的基体上制备涂层。采用超音速悬浮液等离子喷枪制备具有稳定四方相结构、高应变容限的ScYSZ热防护涂层。本发明制备的涂层是单一的四方相结构，比常用的YSZ涂层的隔热性能好、高温相稳定性好。本发明的热防护涂层能有效提高航空发动机和重型燃气轮机涡轮叶片等热端部件的使用温度、工作效率及服役寿命。CN110078498ACN110078498A权利要求书1/1页1.一种钪钇共掺杂氧化锆涂层的制备方法，其特征在于，将钪钇共掺杂氧化锆粉末超声分散到以含有聚乙二醇的无水乙醇中，得到悬浮液，利用蠕动泵运输悬浮液，并用雾化器使悬浮液雾化后送入超音速等离子喷枪的射流中并在预热后的基体上制备涂层。2.根据权利要求1所述的一种钪钇共掺杂氧化锆涂层的制备方法，其特征在于，将钪钇共掺杂氧化锆粉末超声分散前，先以无水乙醇为介质，利用氧化锆磨球将钪钇共掺杂氧化锆粉体在在磨罐中球磨24～48h，取出烘干并进行研磨，得到将钪钇共掺杂氧化锆粉末。3.根据权利要求1所述的一种钪钇共掺杂氧化锆涂层的制备方法，其特征在于，钪钇共掺杂氧化锆粉体的颗粒尺寸为10-100nm。4.根据权利要求1所述的一种钪钇共掺杂氧化锆涂层的制备方法，其特征在于，钪钇共掺杂氧化锆粉体按摩尔百分比计，包括4.0～8.0％Sc2O3、0.5～2.0％Y2O3，其余为ZrO2；钪钇共掺杂氧化锆粉体制备方法：用纯度为99.9％的ZrOCl2·8H2O、Y(NO3)3·6H2O和Sc(NO3)3·6H2O为原料，以去离子水为溶剂，按摩尔比百分比，配制成Zr、Y与Sc三种金属离子总浓度为0.4mol/L的水溶液，搅拌至澄清透明后，得到溶液，向溶液中再加入六水柠檬酸和聚乙二醇，其中每升溶液中柠檬酸的加入量为100g，每升溶液中聚乙二醇的加入量为10g，再搅拌至澄清透明，制得溶胶；然后搅拌条件下加入NH3·H2O调节pH至8-9，经陈化、水洗、干燥后获得干凝胶，研磨，获得钪钇共掺杂氧化锆粉体。5.根据权利要求1所述的一种钪钇共掺杂氧化锆涂层的制备方法，其特征在于，含有聚乙二醇的无水乙醇中聚乙二醇的质量为聚乙二醇与无水乙醇总质量的1～3％。6.根据权利要求1所述的一种钪钇共掺杂氧化锆涂层的制备方法，其特征在于，悬浮液中钪钇共掺杂氧化锆粉体的体积浓度为20～50％。7.根据权利要求1所述的一种钪钇共掺杂氧化锆涂层的制备方法，其特征在于，基体为镍基高温合金；基体预热至200±50℃。8.根据权利要求1所述的一种钪钇共掺杂氧化锆涂层的制备方法，其特征在于，制备涂层的工艺参数为：电流为300～600A、电压为100～150V、主气氩气流量为50～100slpm、二次气氢气流量为10～25slpm、喷涂距离为40～80mm、悬浮液送粉速率为20～80ml/min以及超音速等离子喷枪移动速度为300～800mm/s。9.根据权利要求1所述的方法制备的钪钇共掺杂氧化锆涂层，其特征在于，涂层的孔隙率为5.0～15.0％，涂层中垂直裂纹密度为6～12mm-1。10.根据权利要求9所述的钪钇共掺杂氧化锆涂层，其特征在于，涂层中垂直裂纹与涂层/基体界面成45～90°夹角。2CN110078498A说明书1/6页一种钪钇共掺杂氧化锆涂层及其制备方法技术领域[0001]本发明属于金属表面腐蚀与防护领域，具体涉及一种钪钇共掺杂氧化锆涂层及其制备方法。背景技术[0002]热防护涂层是将具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀的陶瓷材料涂覆在金属基体表面，以期降低合金热端部件的使用温度、提高其服役寿命，已广泛应用于航空发动机及重型燃气轮机的热端部件。[0003]目前广泛使用的热防护涂层陶瓷材料是6～8wt.％Y2O3部分稳定的ZrO2(YSZ)。YSZ具有较低热导、高的断裂韧性及与基体匹配性较好的热膨胀系数。但是当使用温度超过1200℃时，亚稳四方相(t’-Zr