一种高性能钪钇共掺杂氧化锆热防护涂层及其制备方法.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CN109943800A(43)申请公布日2019.06.28(21)申请号201910284656.3(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.C23C4/134(2016.01)C23C4/11(2016.01)C23C4/18(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种高性能钪钇共掺杂氧化锆热防护涂层及其制备方法(57)摘要一种高性能钪钇共掺杂氧化锆热防护涂层及其制备方法，将钪钇共掺杂氧化锆粉末采用超音速等离子喷涂技术在基体上制备涂层，其中超音速等离子喷涂技术的参数为：电流为300～600A、电压为100～180V、主气氩气流量为50～200slpm、二次气氢气流量为8～30slpm、喷涂距离为80～150mm、送粉量为20～60g/min以及喷枪移动速度为500～800mm/s。本发明制备的涂层是成分均匀的单一四方相结构，比目前广泛应用的氧化钇部分稳定二氧化锆涂层的热导率更低、高温相稳定性更好。本发明的涂层可以极大提高航空发动机与重型燃气轮机等高端装备金属热端部件的工作效率与服役寿命。CN109943800ACN109943800A权利要求书1/1页1.一种高性能钪钇共掺杂氧化锆热防护涂层的制备方法，其特征在于：将钪钇共掺杂氧化锆粉末采用超音速等离子喷涂技术在基体上制备涂层，其中超音速等离子喷涂技术的参数为：电流为300～600A、电压为100～180V、主气氩气流量为50～200slpm、二次气氢气流量为8～30slpm、喷涂距离为80～150mm、送粉量为20～60g/min以及喷枪移动速度为500～800mm/s。2.根据权利要求1所述的一种高性能钪钇共掺杂氧化锆热防护涂层的制备方法，其特征在于：钪钇共掺杂氧化锆粉末按摩尔百分比计，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末的制备方法为：采用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，向溶液中加入柠檬酸和聚乙二醇，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，再搅拌至透明，从而制得溶胶，将溶胶经喷雾干燥法制成球形粉料，最后筛选180目至500目之间的球形粉料，得到钪钇共掺杂氧化锆粉末。3.根据权利要求1所述的一种高性能钪钇共掺杂氧化锆热防护涂层的制备方法，其特征在于：基体为镍基高温合金。4.根据权利要求1所述的一种高性能钪钇共掺杂氧化锆热防护涂层的制备方法，其特征在于：制备涂层前，将基体采用超音速等离子喷枪的射流预热温度至100-200℃。5.根据权利要求1-4中任意一项所述方法制备的高性能钪钇共掺杂氧化锆热防护涂层，其特征在于，所述钪钇共掺杂氧化锆涂层的厚度为100～3000μm，孔隙率为1.0～20.0％，断裂韧性为0.5～4.0MPa·m1/2。6.根据权利要求5所述的高性能钪钇共掺杂氧化锆热防护涂层，其特征在于，所述钪钇共掺杂氧化锆涂层室温至1100℃的热导率不高于1.3W/m·K。7.根据权利要求5所述的高性能钪钇共掺杂氧化锆热防护涂层，其特征在于，所述钪钇共掺杂氧化锆涂层在室温至1100℃的平均线热膨胀系数在10～12×10-6K-1范围内。8.根据权利要求5所述的高性能钪钇共掺杂氧化锆热防护涂层，其特征在于，所述钪钇共掺杂氧化锆涂层在1300℃热处理500小时后无单斜相生成。2CN109943800A说明书1/5页一种高性能钪钇共掺杂氧化锆热防护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，具体涉及一种高性能钪钇共掺杂氧化锆热防护涂层及其制备方法。背景技术[0002]热防护涂层是将耐高温、抗氧化、耐腐蚀的陶瓷材料涂覆在合金基体表面，从而降低金属热端部件的承温能力、提高其使用寿命，广泛应用于航空、舰船、核电、武器装备等方面。[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本身具有高熔点、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3+度超过1200℃时，由于Y的偏聚，导致综合性能较好的亚稳四方相(t’-ZrO2)转变为贫Y的四方相(t-ZrO2)和富Y的立方相(c相)，t相在随后的冷却中转变为单斜(m)相，并引起3～5％的体积