[发明专利]抗砂尘高温粘附的自层剥涂层及其制备方法

说明书

本发明公开一种抗砂尘高温粘附的自层剥涂层及其制备方法，包括实体层级堆积结构；自层剥涂层总厚度为5μm～500μm；每层堆积结构厚度是自层剥涂层总厚度的0.002～0.998倍，每层堆积结构之间由粘接层粘结。砂尘高温粘附于涂层表面后，由于每层堆积结构之间粘接层弱的结合作用，涂层将发生自层剥行为，同粘附的砂尘一起剥落，露出新鲜涂层，阻止砂尘的进一步粘附，实现抗砂尘高温粘附功能。本发明解决了砂尘在高温下粘附于热部件尤其发动机涡轮热部件之上造成冷却特性变化，导致部件失效甚至损毁的难题。

技术领域

本发明属于涂层技术领域，特别涉及一种抗砂尘高温粘附的自层剥涂层及其制备方法。

背景技术

环境条件对于各种装备的质量及使用可靠性有重要的影响，尤其砂尘环境是引起许多装备，包括武器装备、民用装备失效的一个重要环境因素。砂尘环境在自然界十分常见，广泛存在于沙漠、沿海等地区。各种军事装备、军用直升机和运输机，在现代战争中担负着十分重要的作战使命。广泛分布的砂尘环境，对军用设备、直升机和运输机的部件、系统和机载设备具有严重影响。随着我国军队现代化的不断进步，先进战机、直升机、运输机巡航、作战半径不断扩大，遭遇的极端环境也越来越多。砂尘问题已对战机、直升机等作战性能、可靠性和耐久性产生重大影响。

当战机、直升机从沙漠地区起飞或降落，或者从火山云层飞过，环境中的沙粒或者火山灰等外来粒子有可能积聚在发动机高温热表面，造成发动机引擎核心气流受到干扰，氧气供应不足，燃料燃烧不完全，导致引擎回火，进而造成引擎熄火以及飞机空中停车，带来灾难性后果，严重者导致部件烧毁。因此，亟需要增强航空发动机涡轮部件的抗砂尘粘着性能来满足先进战机/直升机在特殊环境下服役的要求。

目前，研究者开展了大量关于CMAS(CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂)腐蚀导致发动高温部件失效的研究，也有部分研究者通过在叶片表面设计仿生结构的方式，实现降低涡轮叶片表面CMAS粘着的效果。就成分而言，CMAS只是砂尘具有不同成分构成的几种存在形式，而对于自然环境中广泛存在的砂尘，如何实现具有普适性砂尘的高温抗粘着，仍然是亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗砂尘高温粘附的自层剥涂层及其制备方法，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

抗砂尘高温粘附的自层剥涂层，包括实体层级堆积结构；

自层剥涂层总厚度为5μm～500μm；

每层堆积结构厚度是自层剥涂层总厚度的0.002～0.998倍，每层堆积结构之间由粘接层粘结。

进一步的，每层堆积结构的材质为氧化锆、氧化钇稳定的氧化锆、锆酸镧中的一种或两种。

进一步的，自层剥涂层具有纵向孔隙；所述纵向孔隙是指由涂层表面至涂层底部具有贯穿性和/或非贯穿性纵向孔隙结构，自层剥涂层被纵向孔隙分隔为孤立的树状结构。

进一步的，涂层实体层级堆积结构是由具有柱状和/或树状结构的各层级结构由基体表面至涂层表面逐层堆积，每层间由粘接层粘接。

进一步的，涂层具体堆积方式为：每层实体结构间纵向孔隙相互贯通的堆积方式、每层实体结构间纵向孔隙不相互贯通的堆积方式，或两种方式混合的堆积方式。

进一步的，实体层级堆积结构中每层堆积结构的柱状和/或树状结构数量相同或者不同；不同时，每层数量相差不超过±50％。

进一步的，实体层级堆积结构中每层堆积结构的柱状和/或树状结构的沉积单元可以为气相材料粒子和/或纳米级材料粒子，当沉积单元为气相材料粒子和纳米级材料粒子时，气相材料粒子体积百分比为G，纳米级材料粒子的体积百分比为H，50％≤G≤100％；0≤H≤50％。