一种高温陶瓷基可磨耗封严涂层结构及其制备方法.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CN108950454A(43)申请公布日2018.12.07(21)申请号201810973662.5(22)申请日2018.08.24(71)申请人中国航空制造技术研究院地址100024北京市朝阳区八里桥北东军庄1号(72)发明人李其连李淑青王纯杨伟华(51)Int.Cl.C23C4/08(2016.01)C23C4/10(2016.01)C23C4/134(2016.01)C23C4/18(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种高温陶瓷基可磨耗封严涂层结构及其制备方法(57)摘要本发明提供了一种高温陶瓷基可磨耗封严涂层的结构及其制备方法，涂层结构包括依次层叠在高温合金涡轮外环零件基体表面的NiCoCrAlTaY高温抗氧化材料的底层以及Sc2O3、Y2O3二元稀土氧化物共掺杂ZrO2材料、CaF2材料、聚苯酯材料三种材料混合的面层；其中，所述面层材料中，聚苯酯为造孔材料，CaF2为高温减摩自润滑陶瓷材料。本发明的高温陶瓷基可磨耗封严涂层可应用于航空发动机及地面燃气轮机高压涡轮气路封严，工作温度可达1300℃，可满足先进航空发动机、地面燃气轮机高压涡轮气路封严的需要。CN108950454ACN108950454A权利要求书1/2页1.一种高温陶瓷基可磨耗封严涂层结构，其特征在于，包括：依次层叠在高温合金涡轮外环零件基体表面的NiCoCrAlTaY高温抗氧化材料的底层以及Sc2O3、Y2O3二元稀土氧化物共掺杂ZrO2陶瓷材料、CaF2材料、聚苯酯材料的面层；其中，所述面层材料中，聚苯酯为造孔材料，CaF2为高温减摩自润滑陶瓷材料。2.根据权利要求1所述的涂层结构，其特征在于，还包括：造孔材料聚苯酯去除后形成的孔隙。3.根据权利要求1所述的涂层结构，其特征在于，所述底层是采用真空等离子喷涂技术在所述高温合金涡轮外环零件基体上喷涂制备，喷涂功率为45～55KW、喷涂距离为260～300mm、所述底层厚度为0.15～0.25mm；所述面层是采用大气等离子喷涂技术在所述NiCoCrAlTaY底层上喷涂制备，喷涂功率为40～45KW、喷涂距离为60～80mm、所述面层厚度为2.0～2.5mm。4.根据权利要求1-3任意一项所述的涂层结构，其特征在于，所述面层的等离子喷涂粉末材料是由Sc2O3、Y2O3二元稀土氧化物共掺杂ZrO2陶瓷粉末材料、5～8％CaF2、8～12％聚苯酯三种粉末材料机械混合而成，其中5～8％CaF2是指混合粉末中CaF2所占重量百分比为5～8％，8～12％聚苯酯是指混合粉末中聚苯酯所占重量百分比为8～12％，混合粉末中其余为Sc2O3、Y2O3二元稀土氧化物共掺杂ZrO2粉末，三种粉末材料粒径均处于10～150微米范围。5.一种高温陶瓷基可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于，包括：向陶瓷基可磨耗封严涂层喷涂粉末材料中加入造孔材料聚苯酯以及高温减摩自润滑陶瓷材料CaF2；采用真空等离子喷涂技术在高温合金涡轮外环零件基体上制备涂层底层，其中，所述底层选用真空等离子喷涂NiCoCrAlTaY涂层；采用大气等离子喷涂技术在底层上制备涂层面层，其中，所述面层的等离子喷涂粉末材料由Sc2O3、Y2O3二元稀土氧化物共掺杂ZrO2陶瓷粉末材料、CaF2粉末材料、聚苯酯粉末材料混合而成。6.根据权利要求5所述的涂层的制备方法，其特征在于，还包括：将带有由所述制备方法得到的涂层的高温合金涡轮外环零件进行热处理，去除所述涂层中的聚苯酯形成孔隙；将带有去除聚苯酯后的涂层的高温合金涡轮外环零件进行真空扩散热处理，提高涂层的底层与零件间的结合强度。7.根据权利要求6所述的涂层的制备方法，其特征在于，所述去除聚苯酯的热处理包括：将带有所述制备方法得到的涂层的高温合金涡轮外环零件置于箱式电阻炉中于550～600℃保温6～8小时；所述真空扩散热处理包括：将带有去除聚苯酯后的涂层的高温合金涡轮外环零件于1100～1200℃真空扩散热处理60～120分钟。8.根据权利要求5所述的涂层的制备方法，其特征在于，所述采用真空等离子喷涂技术在高温合金涡轮外环基体上制备涂层底层时，喷涂功率为45～55KW、喷涂距离为260～300mm，制备得到的所述底层厚度为0.15～0.25mm。9.根据权利要求5所述的涂层的制备方法，其特征在于，所述采用大气等离子喷涂技术在底层上制备涂层面层时，喷涂功率为40～45KW、喷涂距离为60～80mm，制备得到的所述面2CN108950454A权利要求书2/2页层厚度为2.0～2.5mm。10.根据权利要求5-9任意一项所述的涂层的制备方法，其特征在于，所述面层的等离子喷涂粉末材料是由Sc2O3、Y2O3二元稀土氧化物共掺