一种自发汗热障复合涂层及其制备方法与流程

本公开涉及涂层材料，具体涉及一种自发汗热障复合涂层及其制备方法。

背景技术：

1、发汗材料是一种高熔点陶瓷或金属与低熔点、低沸点金属相复合的发汗冷却型复合材料，具有高比强，耐高温，抗冲刷，抗热震，耐烧蚀等特性，是极具潜力的下一代新型耐高温材料，在航天航空中的高温部件，如火箭喷管、空气舵、鼻锥，工业中耐高温的电器触点，如高电压、大功率的电器开关触点等多个领域都有着重要的应用前景。

2、目前发汗冷却材料主要为钨渗铜、耐高温tib2陶瓷等为骨架的复合金属或陶瓷材料，其材料的密度较大(w-cu甚至达到17g/cm3以上)。使用钛合金和铝合金减重的耐热部件如空气舵，其抗烧蚀能力和高温强度已难以满足实际的使用要求，因此急需开发新型轻质抗烧蚀材料或涂层来满足高马赫数发动机的需求，减少结构重量，降低材料成本和提高耐热性能。

3、现有发汗冷却制备技术中，通过激光增材制造、冷等静压和高温真空烧结等工艺制备的复合发汗材料密度高、机械强度低，无法满足飞行器轻量化的需求，且传统发汗结构多孔材料的孔隙结构不均匀，以及在飞行器表面受到热荷载不均匀时，会出现局部热点等情况。非均匀分布的孔隙结构加剧了蒸汽堵塞效应，导致存在局部高温且难以随发汗剂相变冷却的增加而消除，且陶瓷基复合材料渗透率和热导率较低，也会导致发汗剂相变比例低，冷却效率下降等问题。

4、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本公开的目的在于提供一种自发汗热障复合涂层及其制备方法，旨在解决提高超高温热障涂层的隔热抗烧蚀性能。

2、本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

3、根据本公开实施例的一方面，提供了一种自发汗热障复合涂层，包括：堆叠设置的粘结层、热障层和发汗热障层；所述粘结层包括nicocraly和/或nicocralyx，其中，x选自hf、si和ta中的一种或多种；所述热障层为复合陶瓷材料，所述复合陶瓷材料为多元稀土氧化物复合稳定氧化锆陶瓷，所述多元稀土氧化物中的稀土元素为la、ce、sc、gd、dy、y或yb其中任意两种或多种；所述发汗热障层包括所述复合陶瓷材料和金属发汗剂，所述金属发汗剂为cu或ni包覆cu金属微粉。

4、根据本公开的一些实施例，基于前述方案，在所述金属发汗剂为ni包覆cu金属微粉时，ni与cu的质量比为5～25：95～75，粒径为30～60μm。

5、根据本公开的一些实施例，基于前述方案，所述复合陶瓷材料的质量分数从100％梯度下降，且不低于55％；所述ni包覆cu金属微粉的质量分数从0％梯度上升，且不高于45％。

6、根据本公开的一些实施例，基于前述方案，所述粘结层的厚度为50～100μm，气孔率小于3％；所述热障层的厚度为200～500μm，气孔率小于6％；所述发汗热障层的厚度为200～500μm，气孔率为10％～25％。

7、根据本公开的一些实施例，基于前述方案，所述自发汗热障复合涂层的结合强度为30～40mpa。

8、根据本公开实施例的第二方面，提供了一种自发汗热障复合涂层的制备方法，包括：将粘结层的粉体采用高能等离子喷涂技术喷涂在合金基体的表面形成粘结层；将热障层的粉体采用高能等离子喷涂技术喷涂在所述粘结层的表面形成热障层；将发汗热障层的粉体通过同步异位双送粉的方式采用高能等离子喷涂技术喷涂在所述热障层的表面形成发汗热障层，以形成自发汗热障复合涂层。

9、根据本公开的一些实施例，基于前述方案，所述同步异位双送粉的工艺参数为：随着喷涂次数增加，金属发汗剂粉体的送粉率从0增大到8～30g/min，质量分数从0逐渐提高至9～45％，复合陶瓷材料粉体的送粉率从40～18g/min减小到8g/min，质量分数从100％下降到91～55％。

10、根据本公开的一些实施例，基于前述方案，所述高能等离子喷涂技术的工艺参数为：喷枪功率为40～46kw，氩气和氢气的气流量分别为150～200和50～100l/min，进料速度为8～40g/min，涂层厚度为200～500μm。

11、根据本公开的一些实施例，基于前述方案，所述合金基体为高温合金、不锈钢、铁基合金、铜基合金和铝基合金中的任意一种。

12、根据本公开的一些实施例，基于前述方案，根据所述自发汗热障复合涂层的服役温度和冷却需求配置热障层和发汗热障层的厚度比例。

13、本公开示例性实施例可以具有以下部分或全部有益效果：

14、在本公开的一些实施例所提供的技术方案中，通过将热障涂层技术和金属发汗技术相结合制备成发汗热障复合涂层，一方面，采用多元稀土氧化物复合稳定氧化锆陶瓷材料，与传统ysz陶瓷材料相比，具有更好的相稳定性抗烧结性以及较低的热导率，另一方面配合镍包铜作为金属发汗剂，有效改善金属和陶瓷润湿性和相容性差的问题，实现均匀且可调的发汗剂分布孔；进而能够在服役过程中复合涂层在瞬间达到几千度高温的条件下，借助于低熔点金属蒸发吸热和热障涂层的隔热，降低基体的温度，能够在增重较低且不影响基体机械强度的前提下，利用该发汗热障涂层提升耐高温、抗烧蚀、隔热性能、延长寿命。

15、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

技术特征：

1.一种自发汗热障复合涂层，其特征在于，包括：堆叠设置的粘结层、热障层和发汗热障层；

2.根据权利要求1所述的自发汗热障复合涂层，其特征在于，在所述金属发汗剂为ni包覆cu金属微粉时，ni与cu的质量比为5～25：95～75，粒径为30～60μm。

3.根据权利要求1所述的自发汗热障复合涂层，其特征在于，所述复合陶瓷材料的质量分数从100％梯度下降，且不低于55％；所述ni包覆cu金属微粉的质量分数从0％梯度上升，且不高于45％。

4.根据权利要求1所述的自发汗热障复合涂层，其特征在于，所述粘结层的厚度为50～100μm，气孔率小于3％；所述热障层的厚度为200～500μm，气孔率小于6％；所述发汗热障层的厚度为200～500μm，气孔率为10％～25％。

5.根据权利要求1所述的自发汗热障复合涂层，其特征在于，所述自发汗热障复合涂层的结合强度为30～40mpa。

6.如权利要求1-5任一项所述的一种自发汗热障复合涂层的制备方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的一种自发汗热障复合涂层的制备方法，其特征在于，所述同步异位双送粉的工艺参数为：

8.根据权利要求6所述的一种自发汗热障复合涂层的制备方法，其特征在于，所述高能等离子喷涂技术的工艺参数为：

9.根据权利要求6所述的一种自发汗热障复合涂层的制备方法，其特征在于，所述合金基体为高温合金、不锈钢、铁基合金、铜基合金和铝基合金中的任意一种。

10.根据权利要求6所述的一种自发汗热障复合涂层的制备方法，其特征在于，根据所述自发汗热障复合涂层的服役温度和冷却需求配置热障层和发汗热障层的厚度比例。

技术总结本公开涉及涂层材料技术领域，具体涉及一种自发汗热障复合涂层及其制备方法。该自发汗热障复合涂层包括：堆叠设置的粘结层、热障层和发汗热障层；所述粘结层包括NiCoCrAlY和/或NiCoCrAlYX，其中，X选自Hf、Si和Ta中的一种或多种；所述热障层为复合陶瓷材料，所述复合陶瓷材料为多元稀土氧化物复合稳定氧化锆陶瓷，所述多元稀土氧化物中的稀土元素为La、Ce、Sc、Gd、Dy、Y或Yb其中任意两种或多种；所述发汗热障层包括所述复合陶瓷材料和金属发汗剂，所述金属发汗剂为Cu或Ni包覆Cu金属微粉。本公开提供的自发汗热障复合涂层具有高结合强度和优良的隔热耐烧蚀性能。技术研发人员：高志文,柳琪,纪纲,杨莉,邱龙时,胡小刚受保护的技术使用者：西安稀有金属材料研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/23