一種具有紅外高反射功能的熱障涂層結(jié)構(gòu)

(19)中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局(12)發(fā)明專利說明書(10)申請公布號CN109402633A

(43)申請公布日2019.03.01(21)申請?zhí)朇N201811310118.9(22)申請日2018.11.05(71)申請人中國航空制造技術(shù)研究院地址100024北京市朝陽區(qū)八里橋北東軍莊1號(72)發(fā)明人姜春竹崔向中高巍周國棟馬江寧(74)專利代理機(jī)構(gòu)代理人(51)Int.CI 權(quán)利要求說明書說明書幅圖(54)發(fā)明名稱 一種具有紅外高反射功能的熱障涂層結(jié)構(gòu)(57)摘要 本發(fā)明提供一種具有高反射功能的熱障涂層結(jié)構(gòu)，包括：制備在基體上的粘接層、制備在粘接層上的多層陶瓷涂層以及粘接層和陶瓷涂層之間生成的熱生長氧化層；多層陶瓷涂層由多層高孔隙率陶瓷涂層和多層低孔隙率陶瓷涂層交替層疊組成，高孔隙率陶瓷涂層的孔隙率為20?40％，低孔隙率陶瓷涂層的孔隙率為5?10％；粘接層為鎳基高溫合金材料、鈷基高溫合金材料或鉑鋁合金材料，陶瓷涂層為氧化鋯或鋯酸釓材料。多層陶瓷涂層采用不同孔隙率的陶瓷涂層構(gòu)成，具有較多的平行于基體的界面，孔隙率呈周期性變化，具有高紅外反射的功能，能夠降低高溫燃?xì)饧t外熱輻射對基體的影響。法律狀態(tài)法律狀態(tài)公告日法律狀態(tài)信息法律狀態(tài)2021-12-24發(fā)明專利申請公布后的駁回發(fā)明專利申請公布后的駁回2019-03-26實(shí)質(zhì)審查的生效實(shí)質(zhì)審查的生效2019-03-01公開公開

權(quán)利要求說明書1.一種具有紅外高反射功能的熱障涂層結(jié)構(gòu),其特征在于,包括:制備在基體上的粘接層、制備在粘接層上的多層陶瓷涂層以及粘接層和陶瓷涂層之間生成的熱生長氧化層;

多層陶瓷涂層由多層高孔隙率陶瓷涂層和多層低孔隙率陶瓷涂層交替層疊組成,高孔隙率陶瓷涂層的孔隙率為20-40%,低孔隙率陶瓷涂層的孔隙率為5-10%;

粘接層為鎳基高溫合金材料、鈷基高溫合金材料或鉑鋁合金材料,陶瓷涂層為氧化鋯或鋯酸釓材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有紅外高反射功能的熱障涂層結(jié)構(gòu),其特征在于,粘接層的厚度為30-200μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有紅外高反射功能的熱障涂層結(jié)構(gòu),其特征在于,多層陶瓷涂層的總厚度為100-300μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有紅外高反射功能的熱障涂層結(jié)構(gòu),其特征在于,每層高孔隙率陶瓷涂層的厚度為0.29-11.89μm,每層低孔隙率陶瓷涂層的厚度為0.18-7.38μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的具有紅外高反射功能的熱障涂層結(jié)構(gòu),其特征在于,粘接層采用物理氣相沉積或電鍍工藝制備。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的具有紅外高反射功能的熱障涂層結(jié)構(gòu),其特征在于,陶瓷涂層采用噴涂或電子束物理氣相沉積制備。

說明書<p>技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及發(fā)動機(jī)渦輪葉片涂層領(lǐng)域,尤其涉及一種具有紅外高反射功能的熱障涂層結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

熱障涂層(ThermalBarrierCoatings)是一層陶瓷涂層,它沉積在耐高溫金屬或超合金的表面,熱障涂層對于基底材料起到隔熱作用,降低基底溫度,使得用其制成的器件(如發(fā)動機(jī)渦輪葉片)能在高溫下運(yùn)行,并且可以提高器件(發(fā)動機(jī)等)的熱效率。

通常,熱障涂層的結(jié)構(gòu)為雙層結(jié)構(gòu),其構(gòu)成為:高溫合金材料基體(底部)、粘結(jié)層(中部)和陶瓷層(頂部)。底部的基體為所需防護(hù)的材料,頂部陶瓷層為抗腐蝕、沖擊、隔熱防護(hù)用材料,中部粘結(jié)層不僅緩減基體材料和陶瓷材料不匹配性還可以防護(hù)基體材料減緩腐蝕及氧化等,尤其在涂層脫落失效后,其作用尤為突出。熱障涂層一般采用噴涂或電子束物理氣相沉積技術(shù)制備,噴涂技術(shù)制備的涂層結(jié)構(gòu)為片層狀,電子束物理氣相沉積技術(shù)制備的涂層結(jié)構(gòu)為柱狀晶結(jié)構(gòu),這兩種結(jié)構(gòu)的熱障涂層被廣泛應(yīng)用在發(fā)動機(jī)熱端部件上。

但是,上述傳統(tǒng)的熱障涂層不具備高紅外反射功能,在高溫燃?xì)鈼l件下,紅外輻照熱能夠透過傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的熱障涂層,導(dǎo)致涂層的熱防護(hù)性能降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種具有高紅外反射功能的熱障涂層結(jié)構(gòu),以解決傳統(tǒng)熱障涂層不具備高紅外反射功能的問題。

本發(fā)明提供一種具有高紅外反射功能的熱障涂層結(jié)構(gòu),包括:制備在基體上的粘接層、制備在粘接層上的多層陶瓷涂層以及粘接層和陶瓷涂層之間生成的熱生長氧化層;

多層陶瓷涂層由多層高孔隙率陶瓷涂層和多層低孔隙率陶瓷涂層交替層疊組成,高孔隙率陶瓷涂層的孔隙率為20-40%,低孔隙率陶瓷涂層的孔隙率為5-10%;

粘接層為鎳基高溫合金材料、鈷基高溫合金材料或鉑鋁合金材料,陶瓷涂層為氧化鋯或鋯酸釓材料。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中,粘接層的厚度為30-200μm。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中,多層陶瓷涂層的總厚度為100-300μm。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中,每層高孔隙率陶瓷涂層的厚度為0.29-11.89μm,每層低孔隙率陶瓷涂層的厚度為0.18-7.38μm。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中,粘接層采用物理氣相沉積或電鍍工藝制備。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中,陶瓷涂層采用噴涂或電子束物理氣相沉積制備。

本發(fā)明提供的具有高紅外反射功能的熱障涂層結(jié)構(gòu)中,多層陶瓷涂層采用不同孔隙率的陶瓷涂層構(gòu)成,具有較多的平行于基體的界面,孔隙率呈周期性變化,具有高紅外反射的功能,能夠降低高溫燃?xì)饧t外熱輻射對基體的影響。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的具有高紅外反射功能的熱障涂層結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖中標(biāo)號表示:

1-基體,2-粘接層,3-熱生長氧化層,4-陶瓷涂層。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

參見圖1,為本發(fā)明實(shí)施例提供的具有高紅外反射功能的熱障涂層的結(jié)構(gòu)示意圖,該熱障涂層包括:制備在基體1上的粘接層2,制備在粘接層2上的多層陶瓷涂層4,以及粘接層2和陶瓷涂層4之間的熱生長氧化層3。

熱生長氧化層3為粘接層2表面生長的氧化鋁涂層,粘接層2采用物理氣相沉積或電鍍工藝制備在基體1上,其厚度為30-200μm,采用鎳基高溫合金材料、鈷基高溫合金材料或鉑鋁合金材料制成。

多層陶瓷涂層4由多層高孔隙率陶瓷涂層和多層低孔隙率陶瓷涂層交替層疊組成,低孔隙率陶瓷涂層比高孔隙率陶瓷涂層多一層,形成交替層疊結(jié)構(gòu),采用噴涂或電子束物理氣相沉積制備,其中,高孔隙率陶瓷涂層的孔隙率為20-40%,厚度為0.29-11.89μm;低孔隙率陶瓷涂層的孔隙率為5-10%,厚度為0.18-7.38μm。陶瓷涂層采用氧化鋯或鋯酸釓材料制成。

多層陶瓷涂層4在制備過程中,可以通過控制沉積時間控制陶瓷涂層的厚度,通過周期性改變基體1的溫度控制每層陶瓷涂層的孔隙率,高孔隙率,即孔隙率為20-40%的陶瓷涂層對應(yīng)的基體溫度范圍為600-700°C;低孔隙率,即孔隙率為5-10%的陶瓷涂層對應(yīng)的基體溫度范圍為900-1000°C。溫度越高,制備的陶瓷涂層的孔隙率越低。

此外,采用電子束物理氣相沉積的方式制備多層陶瓷涂層時,可以通過控制蒸發(fā)源到基體的距離控制每層陶瓷涂層的孔隙率,高孔隙率,即孔隙率為20-40%的陶瓷涂層對應(yīng)的蒸發(fā)源與基體的距離為500-700mm;低孔隙率,即孔隙率為5-10%的陶瓷涂層對應(yīng)的蒸發(fā)源與基體的距離為200-300mm。蒸發(fā)源與基體的距離越遠(yuǎn),制備的陶瓷涂層的孔隙率越高。

實(shí)施例

本發(fā)明實(shí)施例提供一種具有高紅外反射功能的熱障涂層結(jié)構(gòu),包括:制備在基體上的粘接層、制備在粘接層上的多層陶瓷涂層以及粘接層和陶瓷涂層之間生成的熱生長氧化層。

多層陶瓷涂層由7層高孔隙率陶瓷涂層和8層低孔隙率陶瓷涂層交替層疊組成,高孔隙率陶瓷涂層的孔隙率為20%,厚度為11.8μm,低孔隙率陶瓷涂層的孔隙率為5%,厚度為7.3μm。

粘接層為NiCoCrAlY材料,厚度