[发明专利]一种选区激光烧结制备多孔热障涂层的方法

说明书

本发明属于涂层技术领域，具体为一种选区激光烧结制备多孔热障涂层的方法。本发明对陶瓷层进行分层制备，每一层陶瓷层采用激光烧结成圆柱形烧结区，并留有较大空隙，在不同层之间采用交错叠加的方式，从而形成了具有大量连通空隙的热障涂层结构，提高了隔热效果，并且该连通结构可以通入冷却气流大幅度提高冷却效果，由于采用激光烧结，材料之间实现了冶金结合，力学性能大幅度提高。

技术领域

本发明属于涂层技术领域，具体为一种选区激光烧结制备多孔热障涂层的方法。

背景技术

在涡轮叶片表面制备热障涂层是提升航空发动机的推力行之有效的办法，当前制备热障涂层的方法主要有大气等离子喷涂法(APS)和电子束物理气相沉积(EB-PVD)法，APS制备的热障涂层为层状结构，隔热效果好，但是应变容限差；EB-PVD制备的热障涂层应变容限好、界面结合力强，但是隔热效果差，且对于一些热障涂层材料比如镧镁铝酸盐，这两种方法都无法制备出合格的热障涂层，迫切需要发展新的方法来获得高性能的热障涂层。

发明内容

本发明的目的是提供一种选区激光烧结制备多孔热障涂层的方法，通过特殊的烧结工艺，获得多孔高隔热的热障涂层，提供了一种新的热障涂层制备工艺。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种选区激光烧结制备多孔热障涂层的方法，其特征在于，所述多孔热障涂层主要包括涡轮叶片表面的粘结层、粘结层上方的柱状烧结区、顶部的热障涂层和贯串热障涂层、柱状烧结区、粘结层和涡轮叶片的冷却孔，其特征在于，多孔热障涂层的制备方法包括以下步骤：

步骤一：采用电弧离子镀在涡轮叶片表面制备一层粘结层；

步骤二：在粘结层上铺设一层厚度为h的陶瓷粉体；

步骤三：采用脉冲激光在粘结层表面制备多个规则排列的柱状烧结区，不同行之间排列的柱状烧结区交错排列，其特征在于，同一行和下一行两两相邻的三个柱状烧结区的中心连线构成等边三角形；柱状烧结区的直径记为D、相互之间的距离记为L，其特征在于，0.25*D≤L≤0.4*D，柱状烧结区的厚度＝0.25*D，待整个待处理表面布满柱状烧结区后完成第一层陶瓷层的制备；

步骤四：在第一层陶瓷层上继续铺设一层厚度为h的陶瓷粉体；

步骤五：采用步骤三同样的方法进行第二层陶瓷层的制备，其特征在于，本层的所有柱状烧结区的中心与上一层两两相邻的三个柱状烧结区的中心一一重合，也即与上一层等边三角形的中心重合，使本层与上一层获得空间交错的效果，完成第二层陶瓷层的制备；

步骤六：在第二层陶瓷层的表面继续铺设一层厚度为h的陶瓷粉体，并重复步骤五，之后重复铺粉和重复步骤五，直到第N-1层的陶瓷层制备完毕，每一新增层的柱状烧结区都与上一层的柱状烧结区获得空间交错的效果；

步骤七：在第N-1层的陶瓷层上铺设一层厚度为4h-5h的陶瓷粉体，并对整个铺粉区域进行激光烧结，完成第N层热障涂层的制备；

步骤八：从热障涂层顶部开设冷却孔，该冷却孔从上到下贯穿涡轮叶片基体。

步骤九：对冷却孔吹高压气体，使激光烧结完毕后剩余的陶瓷粉体从热障涂层内部分离。

所述的陶瓷粉体的厚度范围为5um≤h≤10um。

所述的柱状烧结区的直径D的范围为10um≤D≤30um。

所述的冷却孔直径为0.5～1mm，冷却孔采用矩阵排列，孔间距为20-30mm。

所述的涡轮叶片材料为单晶镍基高温合金。

所述陶瓷粉体为Gd₂Zr₂O₇或LaMgAl₁₁O₁₉粉体，粒度为0.1～5um。