[发明专利]一种具有SN/APS复合结构双粘结层的热障涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及于热障涂层领域，具体涉及一种具有SN/APS复合结构双粘结层的热障涂层及其制备方法。该热障涂层包括纳米晶粘结层、NiCrAlY粘结层和喷涂陶瓷层，纳米晶粘结层采用磁控溅射技术制备，NiCrAlY粘结层和陶瓷层采用APS技术制备。该热障涂层的制备方法结合磁控纳米晶粘结层与高温合金基体无互扩散，喷涂NiCrAlY粘结层与喷涂陶瓷层物理相容性好的特点，突破传统热障涂层结构设计理念，有效提高复合结构双粘结层热障涂层阻扩散和抗热循环剥落性能。

技术领域

本发明涉及于热障涂层领域，具体涉及一种具有SN/APS复合结构双粘结层的热障涂层及其制备方法。

背景技术

随着我国发动机技术的不断进步与发展，对高温结构材料服役性能的要求也越来越高。目前，发动机的主要发展方向是提高涡轮燃烧温度、增加推重比及提高涡轮部件在苛刻环境下的服役效率。由于高温防护涂层对提高材料的综合服役性能方面有着得天独厚的优势，以热障涂层(TBCs，Thermal barrier coatings)技术为代表的高温防护涂层技术已成为先进发动机研制的关键技术之一。

热障涂层主要有双层、多层和梯度三种结构形式，其中运用最广泛的就是双层结构热障涂层。双层结构热障涂层主要由表层陶瓷层、底层金属粘结层组成。粘结层具有提高陶瓷层和金属基底的粘合性和相容性的作用，同时，在一定程度和范围内保护基底不被氧化。

目前，MCrAlY(M代表Ni或Co或Ni+Co)被广泛选作粘结层材料，制备方法包括物理气相沉积(PVD，Physical vapor deposition)和等离子喷涂(PS，Plasma spray)。合金组元中Ni、Co、Ni+Co是涂层的基体元素，Cr主要保证涂层的抗热腐蚀性，Al提供涂层的抗氧化性，微量元素Y(通常质量小于1％)可以提高Al₂O₃膜层与基体结合力，还可以改善涂层的抗热震性能。MCrAlY涂层具有良好的抗氧化性和抗热腐蚀性能。但是，由于MCrAlY粘结层与先进发动机叶片用单晶高温合金间元素组分差异显著，高温下界面处发生元素互扩散的倾向较大。互扩散的结果不仅改变了涂层成分，加速热生长氧化层(TGO，Thermally grownoxide)的生长；还由于Al向合金基体的扩散，致使合金内脆性拓扑密排相(TCP，Topologically Close-Packed Phases)的快速析出，大幅度降低叶片的力学性能。

与MCrAlY涂层相比，磁控溅射纳米晶(Sputtering Nanocrystalline)具有以下几个特点：1)成分设计同基体成分相一致，经长期服役后不会产生互扩散现象，不影响合金的高温力学性能；2)优异的抗氧化性能，纳米级的晶粒尺寸和众多的晶界扩散通路，促进了Al元素的选择性氧化；3)氧化膜具有良好的粘附性，显著提高了氧化膜的抗剥落性。然而，磁控纳米晶涂层表面较为光滑，与大气等离子喷涂技术制备的陶瓷层之间结合较差。

目前，尚未见到区别于现有热障涂层结构设计理念，具有SN/APS复合结构双粘结层热障涂层的公开报道。

发明内容

本发明的目的是采用磁控溅射制备的纳米晶涂层以及大气等离子喷涂技术制备的NiCrAlY涂层作为复合结构双粘结层，提供一种粘结层与基体无互扩散且和陶瓷层有较好结合的热障涂层的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种具有SN/APS复合结构双粘结层的热障涂层，包括合金基体、纳米晶粘结层、NiCrAlY粘结层和陶瓷层。

进一步的，所述纳米晶粘结层厚度为30～36μm，所述NiCrAlY粘结层厚度：纳米晶粘结层厚度≈1:2，粘结层总厚度为40～60μm，所述陶瓷层厚度为170～210μm。

一种具有SN/APS复合结构双粘结层的热障涂层的制备方法，所述纳米晶粘结层采用磁控溅射技术制备，所述NiCrAlY粘结层采用APS技术制备，所述陶瓷层亦采用APS技术制备，具体包括以下步骤：