[发明专利]EB～PVD一步法制备含阻扩散层的热障涂层工艺方法

说明书

本发明涉及航空发动机涡轮叶片热障涂层技术领域，尤其涉及一种EB～PVD一步法制备含阻扩散层的热障涂层工艺方法，在真空条件下控制零件的温度和以特定组合形成的复合料锭的电子束蒸发束流的电流，使得复合料锭沉积在零件上，获得沉积零件。本发明通过控制金属料锭、阻扩散块体、陶瓷料锭等的连续沉积和扩散控制，同时，结合沉积过程中的沉积温度和蒸发束流等工艺参数，实现单次EB～PVD设备入炉的一步法制备含阻扩散层的热障涂层。

技术领域

本发明涉及航空发动机涡轮叶片热障涂层技术领域，具体为一种EB～PVD一步法制备含阻扩散层的热障涂层工艺方法。

背景技术

涂覆于燃气涡轮发动机导向叶片、转子叶片等热端部件表面的热障涂层(TBCs)，因其可以大幅度提高涡轮发动机的热效率和工作寿命，已成为发展高推重比航空发动机的一项关键技术。

目前，由于电子束物理气相沉积(简称EB～PVD)技术具有涂层化学成分易于精确控制、可得到柱状晶组织、涂层与基体结合强度高等优点，已经广泛应用于多种涡轮叶片高温防护涂层的制备加工，显著提高了涡轮叶片的抗高温氧化和抗腐蚀性能、隔热性能，延长了发动机工作寿命。

物理气相沉积热障涂层的工序一般采用电弧离子镀工艺或EB～PVD工艺制备金属粘结层，然后进行真空扩散处理、湿吹砂清理、超声波清洗、EB～PVD沉积陶瓷面层，最终得到所需的热障涂层。现有的工序加工较长，存在砂粒污染界面质量的风险，而且较长的工序也不利于产品的防护和工艺过程质量控制，影响热障涂层的工程化应用。另外，金属底层和基体之间严重的互扩散作用，将会引起基体中难熔金属元素富集的TCP相的产生，从而降低基体高温力学性能。

因此，为了降低热障涂层制备工序长造成的涂层质量不可控的风险，解决砂粒污染造成的涂层结合力不足的问题，消除金属底层与基体间互扩散造成TCP相产生，是实现热障涂层质量提升的有效措施，可实现基体性能及涂层性能的有效提升，为此，发明了EB～PVD一步法制备含阻扩散层的热障涂层工艺方法。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种EB～PVD一步法制备含阻扩散层的热障涂层工艺方法，通过控制金属料锭、阻扩散块体、陶瓷料锭等的连续沉积和扩散控制，同时，结合沉积过程中的沉积温度和蒸发束流等工艺参数，实现单次EB～PVD设备入炉的一步法制备含阻扩散层的热障涂层。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种EB～PVD一步法制备含阻扩散层的热障涂层工艺方法，在真空条件下控制零件的温度和以特定组合形成的复合料锭的电子束蒸发束流的电流，使得复合料锭沉积在零件上，获得沉积零件。

优选的，所述零件处于的真空条件低于5×10^～5乇。

优选的，所述复合料锭包括50g～90g的NiAl金属料锭、3g～5g的C₁₄H₁₀块体材料和500g～700g的ZrO₂～8Y₂O₃陶瓷料锭，其中NiAl金属料锭中Ni含量为60wt.％～70wt.％，Al含量为30wt.％～40wt.％。

优选的，所述NiAl金属料锭和C₁₄H₁₀块体材料均嵌合于ZrO2～8Y₂O₃陶瓷料锭的表面，且NiAl金属料锭和C₁₄H₁₀块体材料位于同一侧。

优选的，所述复合材料的沉积过程包括阻扩散层沉积、金属底层沉积、陶瓷面层沉积和真空扩散。

优选的，在阻扩散层沉积时，所述零件的温度为900～950℃；在电子束蒸发束流为0.5～0.6A条件下蒸发C₁₄H₁₀块体材料，蒸发时间为1～2min。