[发明专利]一种提高热障涂层抗CMAS腐蚀能力的方法

说明书

本发明涉及热障涂层表面腐蚀与防护技术领域，具体为一种提高热障涂层抗CMAS腐蚀能力的方法。本发明所述的热障涂层为多层结构，其中包括粘结层、陶瓷层、激光重熔部分陶瓷层形成的重熔层以及采用高温预处理形成的预腐蚀层。利用激光重熔陶瓷层的表面裂纹，在其表面涂覆一层预先设计的混合氧化物。重熔层是利用纳秒脉冲激光对陶瓷层进行表面改性处理，可以优化陶瓷层表面组织，提高致密度，降低孔隙率，封堵CMAS的扩散通道。预腐蚀层为利用预先设计的混合氧化物与锆酸钆类陶瓷层在高温条件下先期反应，形成磷灰石相反应层，从而大幅度提高热障涂层抗CMAS腐蚀能力。

技术领域

本发明涉及热障涂层表面腐蚀与防护技术领域，具体为一种提高热障涂层抗CMAS腐蚀能力的方法。

背景技术

热障涂层广泛应用于航空涡轮发动机的高温部件，从而提高发动机的效率及综合性能。随着高推进比、高效率的发展要求，发动机内部的环境温度已经高达1600℃，传统的8YSZ(8％Y₂O₃-Zr₂O₃)材料已经不能满足使用需求。稀土锆酸盐类材料,如锆酸钆(Gd₂Zr₂O₃)等，由于其具有更低的热导率、更优异的高温相稳定性、更匹配的膨胀系数以及更好的断裂韧性，有望代替8YSZ成为下一代热障涂层的备选材料。

研究发现，在飞机等航空部件服役时，服役环境中的CMAS(CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂)会沉积到热障涂层表面，导致涂层失效。随着发动机温度的愈来愈高，CMAS对热障涂层的腐蚀日益严重。CMAS对热障涂层的破坏机理包括：一方面,在高温环境下，熔融的CMAS会沉积到热障涂层表面，同时会通过等离子喷涂的固有缺陷而形成的多孔通道扩散到陶瓷层内部，在降温过程中，CMAS形成的不稳定的脆性玻璃相产物会严重降低陶瓷层的应变容限，增大涂层应力加速涂层剥落；另一方面，熔融的CMAS会加速陶瓷层的烧结，增加热导率，导致涂层失效。

如何在陶瓷层表面形成有效阻隔层减缓CMAS腐蚀而又不影响陶瓷层的隔热性能成为抗CMAS腐蚀研究的重点方向。激光重熔是利用高能的激光束对材料表面进行改性处理的技术手段。采用的激光重熔技术对陶瓷层表面进行加工，可以优化表面组织，细化晶粒，提高表面的致密度，减少表面的孔洞以及大颗粒，封堵喷涂固有缺陷的纵向大裂纹以及陶瓷层内部CMAS扩散通道。但是，激光重熔后，表面仍会有出现一些网状结构的细小裂纹，形成了新的CMAS扩散通道。必须采用致密的封堵层进行二次处理。CMAS与稀土锆酸盐类反应生成的磷灰石相，结构致密、熔点高、高温相稳定性好、与陶瓷层的匹配度高、界面相容性好，成为封堵层的理想材料。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题是提供一种提高热障涂层抗CMAS腐蚀能力的方法，采用多层热障涂层设计，包括粘结层、陶瓷层、激光重熔层以及预腐蚀层，改善热障涂层表层状态，可以有效解决热障涂层在服役过程中CMAS腐蚀的问题，提高热障涂层的使用寿命。

一种提高热障涂层抗CMAS腐蚀能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：对待加工的高温合金试样表面进行研磨、抛光及喷砂处理；

步骤二：采用等离子喷涂工艺在试样表面制备NiCoCrAlY粘结层，NiCoCrAlY粘结层的厚度在50～100μm；

步骤三：对喷涂过粘结层的试样进行真空热处理及表面喷砂处理；

步骤四：采用等离子喷涂工艺在步骤三处理后的试样表面喷涂陶瓷层，陶瓷层的厚度在100～300μm；

所述陶瓷层为稀土锆酸盐类材料，其化学式为RE₂Zr₂O₇，RE为La或Gd。

步骤五：对步骤四所制备的陶瓷层表面进行研磨以及抛光处理；