[发明专利]一种热障涂层材料、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种热障涂层材料、其制备方法及应用，涉及热障涂层技术领域。热障涂层包括依次设置的合金基体、粘结层、陶瓷过渡层和陶瓷面层，陶瓷过渡层的孔隙率为1‑8％，陶瓷面层包括具有多个微裂纹的涂层基体和嵌入涂层基体中的多孔陶瓷颗粒。在陶瓷面层中通过形成微裂纹能够改善热障涂层的横向变形顺应能力，改善涂层的应变容限；多孔陶瓷颗粒强化热障涂层的隔热能力，吸收形变能量的作用，降低热障涂层在服役过程中承受到的应力。因此，本发明提供的热障涂层能够使涂层充分发挥高应变容限且抗界面开裂能力强的优点，涂层热循环寿命获得显著提高。

技术领域

本发明涉及热障涂层技术领域，具体而言，涉及一种热障涂层材料、其制备方法及应用。

背景技术

热障涂层广泛应用于燃气轮机和航空发动机热端部件，利用陶瓷隔热和抗腐蚀的特点来保护金属材料，不仅可以提高发动机的燃油效率，还能极大地延长发动机的服役寿命。目前，热障涂层已成功应用于燃烧室、叶片、尾喷管和其他热端部件的热防护，已成为先进燃气轮机设计中的关键要素，广泛应用于发电、船用和航空发动机等各种现代燃气轮机中。多代发动机的实际应用证明热障涂层技术是保护发动机部件不受高温破坏的最有效方法。

尽管热障涂层作为高温部件表面的保护性涂层技术在燃气轮机和航空发动机中已获得了成功应用，但在严苛服役环境下，热障涂层面临高温、高压和热冲击的挑战。一旦涂层发生过早退化或失效，被其保护的合金将直接暴露在过高温度中，这对整个燃气轮机的安全性和可靠性造成隐患和威胁。因此，如何进一步改善热障涂层的寿命一直是人们密切关注和亟待解决的重要问题。

此外，未来燃气轮机还将向着更高发动机效率和性能的方向发展，越来越高的服役温度对当前热障涂层体系带来巨大挑战。为满足日益严苛的服役环境需求，开发更高性能新型热障涂层技术，提高涂层的耐久性和隔热性能，对于燃气轮机技术的进一步发展具有重要意义。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热障涂层材料、其制备方法及应用，旨在显著提升涂层的应变容限和抗开裂能力，改善热障涂层的服役性能，延长涂层热循环寿命。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种热障涂层材料，包括合金基体和在合金基体上依次沉积的粘结层、陶瓷过渡层和陶瓷面层，陶瓷过渡层的孔隙率为1-8％，陶瓷面层包括具有多个微裂纹的涂层基体和嵌入涂层基体中的多孔陶瓷颗粒。

第二方面，本发明提供前述实施方式中热障涂层材料的制备方法，包括：在合金基体上沉积粘结层，在粘结层上沉积陶瓷过渡层，在陶瓷过渡层上形成陶瓷面层；其中，陶瓷面层的制备过程包括：在陶瓷过渡层上形成具有多个微裂纹的涂层基体，在涂层基体中形成嵌入的多孔陶瓷颗粒。

第三方面，本发明提供前述实施方式中热障涂层材料或前述实施方式中任一项制备方法制备得到的热障涂层材料在燃气轮机中的应用。

本发明具有以下有益效果：发明人改进了热障涂层材料的多层结构，包括合金基体、粘结层、陶瓷过渡层和陶瓷面层，在陶瓷面层中通过形成微裂纹能够改善热障涂层的横向变形顺应能力，从而缓解热障涂层陶瓷层与底下金属材料间的热膨胀性不匹配问题，降低热障涂层在热震过程中产生的热应力；通过设计弥散分布的多孔陶瓷颗粒强化热障涂层的隔热能力，同时多孔颗粒在涂层中还起到吸收形变能量的作用，从而降低热障涂层在服役过程中承受到的应力。此外，利用致密的陶瓷过渡层有利于阻碍环境中的氧气和腐蚀介质进入到粘结层，从而抑制热障涂层粘结层和陶瓷层界面的氧化物生长，从而改善该体系热障涂层的氧化失效。

因此，本发明实施例所提供的热障涂层的结构设计，能够使涂层充分发挥高应变容限且抗界面开裂能力强的优点，涂层热循环寿命获得显著提高。

附图说明