[实用新型]一种含有桩钉结构增强体的热障涂层

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种含有桩钉结构增强体的热障涂层。

背景技术

热障涂层是将耐高温、高隔热的材料涂覆在基体合金表面，以提高基体合金抗高温能力，降低其表面温度的一种热防护技术。热障涂层不仅在舰船、能源等领域有广阔的应用前景，同时热障涂层更是发展下一代航空发动机必不可少的关键技术。

实际应用的典型航空热障涂层大都是双层结构，即分为表层的陶瓷隔热层和底层的金属粘结层。其中陶瓷隔热层材料是氧化钇部分稳定的氧化锆，通常采用大气等离子喷涂或者电子束物理气相沉积方法制备；金属粘结层材料是MCrAlY，其中M代表Ni、Co或者Ni与Co的混合物，通常采用低压等离子喷涂或者超音速火焰喷涂方法制备，其功能是改善基体与陶瓷层之间的热膨胀不匹配性，防止基体被高温氧化腐蚀。

尽管热障涂层的发展已有近30年历史，涂层材料、结构与制备工艺不断被改进，但是制约热障涂层应用与发展的巨大障碍仍是涂层的过早剥落问题。热障涂层在陶瓷隔热层与金属粘结层界面处的开裂是其高温服役失效的主要表现形式。热障涂层的早期剥落给发动机热端部件造成了极大损伤，也产生了重大经济损失，成为影响发动机向更高推重比发展的主要因素之一。

发明内容

本实用新型的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种界面结合力高，抗热疲劳性能显著改善的含有桩钉结构增强体的热障涂层。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型所述的含有桩钉结构增强体的热障涂层，其特点是包括金属粘结层、陶瓷隔热层和若干桩钉结构增强体，其中所述金属粘结层设置在基体的外表面，所述陶瓷隔热层设置在金属粘结层的外表面，且所述金属粘结层、陶瓷隔热层和基体之间的界面结合为机械结合，所述各桩钉结构增强体的顶端穿过陶瓷隔热层并与部分的金属粘结层相连接，其底面位于陶瓷隔热层的外表面上。

其中，上述各桩钉结构增强体的底面与陶瓷隔热层的外表面上设置有一层陶瓷隔热层A。

上述金属粘结层的厚度小于或等于100μm。

上述陶瓷隔热层的厚度小于或等于400μm。

上述各桩钉结构增强体分别设置成倒置的球冠形状，且相邻的桩钉结构增强体的分布间距相等。

上述各球冠形状的桩钉结构增强体的高度小于陶瓷隔热层和金属粘结层的总厚度，且球冠的底面距陶瓷隔热层和金属粘结层的界面的距离为50～400μm，球冠的顶点距陶瓷隔热层和金属粘结层的界面的距离为10～100μm。

上述各桩钉结构增强体内部的陶瓷隔热层与金属粘结层的结合为冶金结合。

本实用新型由于采用在热障涂层中设置有若干桩钉结构增强体的结构，使涂层的结合强度经拉伸试验测试提高了75%～150%，涂层的抗热疲劳性能经热震试验测试最高提高8.5倍。而且，采用激光改性方法制备桩钉结构增强体可形成网状裂纹，起到释放应力作用，在热循环条件下松弛了热应力，延迟了增强体部位的热疲劳裂纹萌生。激光改性产生的定向凝固效应使桩钉结构增强体形成柱状晶组织，抑制了陶瓷层单斜相的生成，提高了局部韧性，可以抵抗一部分热应力的破坏。从整体结构角度分析，一方面桩钉结构增强体与原始等离子喷涂涂层组成了物相特征不同的双相混合强化结构，对裂纹扩展起到了阻碍作用，使裂纹钝化、偏转，增加了所需的扩展驱动力；另一方面桩钉结构增强体在热障涂层纵向尺度上产生了“钉扎效应”，把陶瓷隔热层钉扎在金属粘结层上，即使周边界面形成裂纹也能保证陶瓷层不立即剥落。

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的立体结构示意图。

图2为本实用新型实施例一的局部剖面示意图。

图3为本实用新型实施例二的立体结构示意图。

图4为本实用新型实施例二的局部剖面示意图。

具体实施方式