一種航空發動機用高強輻射涂層的制作方法
【專利摘要】一種航空發動機用高強輻射涂層，由底層材料和面層材料組成，所述的底層材料為添加錸元素改性的NiCoCrAlY、NiCrAl、MCrAlY中的一種或多種；所述的面層材料主體為CeO2和Y2O3穩定的ZrO2、HfC/SiC，同時添加La2Zr2O7、La2Ce2O7、Ni/Al2O3、Ni/ZrO2中的一種或多種。所述的底層材料厚度為10～100μm，面層材料厚度為0.1～5mm。本發明涂層具有高剝離強度、高溫穩定性、優異的耐腐蝕和耐磨損性能，較低的熱導率能夠有效阻隔熱傳導，極高的熱輻射率能夠大大減少到達發動機表層的熱量，提高發動機效率，延長發動機壽命。
【專利說明】 一種航空發動機用高強輻射涂層
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種涂層，特別是涉及一種航空發動機用高強輻射涂層。
【背景技術】
[0002]現代航空發動機設計將集中于減少燃料消耗和增強推重比，同時提高可靠性和壽命。滿足這一需求面臨結構設計和新材料的挑戰，其中表面涂層技術對突破這些瓶頸有重要作用。涂層通常指涂敷于零件表面的一層特殊材料，對提高材料性能、延長零件工作性能的作用十分顯著，是航空發動機制造必不可少的技術手段。現代航空發動機有75%以上的零件都涂敷各種涂層以改進性能和可靠性。
[0003]申請號為201010500871.1的中國專利中公開了一種形成具有耐高溫隔輻射傳熱與透微波兼容的無機圖層制備方法，用正硅酸己酯、乙醇、去離子水和鹽酸制溶膠；用正硅酸己酯、異丙醇、去離子水、氨水合成直徑在0.3?3μπι的氧化硅微球，然后在氧化硅微球生長30?500nm厚高折射率的氧化鈦殼層，獲得核殼結構填料。以制備的核殼結構顆粒作為填料分散到溶膠中，經熱處理后可獲得致密均勻的無機涂層。
[0004]申請號為201110329537.9的中國專利中公開了一種多用途的低導熱陶瓷/貴金屬層狀復合熱障涂層，本發明通過交替沉積低導熱陶瓷層和貴金屬層形成的層狀復合結構使熱障涂層具有優異的隔熱性能和抗熱沖擊性能，涂層結構穩定，服役壽命長，可用于航空發動機、艦船發動機、地面燃氣渦輪、火箭發動機等高溫合金，或難熔合金熱端部件的高溫防護。
[0005]申請號為201120324889.0的中國專利中公開了一種隔熱結構，包括:至少一層涂覆紅外輻射反射涂層的超細纖維狀網或者紡織面料構成的纖維狀網以及一層粗纖維，所述較粗纖維層的纖維體積分數小于I %，纖維直徑約為20?35μπι。本實用新型提供的隔熱材料的強度相對較高，且在阻擋熱輻射的同時不妨礙濕汽傳遞，提高了隔熱性能，而隔熱結構的重量也相對較輕，適用于防寒服裝、睡袋、建筑物隔熱系統、電動汽車隔熱系統和航空隔熱系統。
[0006]然而上述專利中所提到的航空發動機用熱障涂層均由于材料和結構的原因，在力學性能和抗高溫腐蝕性能、耐溫性、剝離強度以及隔熱效果上都存在一系列有待解決的問題。因此，探索一種耐超高溫、耐腐蝕、熱輻射率高又具備超高結構強度的航空發動機用熱障涂層成為現今的一個研究熱點。

【發明內容】

[0007]本發明旨在克服現有熱障涂層制備技術的不足，提供了一種航空發動機用高強輻射涂層。該發明熱變形小、耐蝕、耐磨、高強、熱輻射率高，可有效降低發動機溫度，提高發動機效率，延長發動機使用壽命。
[0008]針對上述問題，本發明提供一種航空發動機用高強輻射涂層的技術方案:
[0009]一種航空發動機用高強輻射涂層，其特征在于由底層材料和面層材料組成。[0010]所述的底層材料為添加錸元素改性的NiCoCrAlY、NiCrAl, MCrAH中的一種或多種，錸具有高熔點、高強度、良好的塑性、耐磨耐蝕性和優異的機械穩定性，在高溫和急冷急熱條件下均有很好的抗蠕變性能，不會被熱氧氣腐蝕，所以經摻錸改性后的底層材料具備了更加高強的結構強度和粘著力，從而使得剝離強度大大提高，同時其較高的熱輻射率使得底層材料同樣具備了優異的輻射隔熱功能。
[0011]所述的面層材料主體為CeO2和Y2O3穩定的ZrO2、HfC/SiC，同時添加La2Zr207、La2Ce2O7, Ni/Al203、Ni/ZrO2中的一種或多種，使得面層材料具有極好的抗高溫、抗熱震、耐沖蝕以及高輻射隔熱性能。
[0012]所述的底層材料厚度為10?100 μ m,所述的面層材料厚度為0.1?5mm。
[0013]所述的航空發動機用高強輻射涂層的底層材料采用等離子噴涂法沉積，面層材料采用等離子噴涂、氣相沉積以及溶膠-凝膠沉積、磁控濺射沉積等方法多次沉積，形成3?8層彼此交替的微疊層結構，從而獲得致密的晶體涂層，成分及形貌在表面上也可形成梯度變化，依靠耐高溫金屬間化合物提供高強度和蠕變抗力，利用高溫金屬作韌化元素，從而很好地克服了金屬間化合物的脆性，同時能夠大大降低涂層的導熱系數。
[0014]所述的航空發動機用高強輻射涂層可以用于1000?2400°C溫度范圍內的高溫合金或難熔合金的高溫防護。
[0015]本發明的主要優點是:①涂層熱導率低，能夠有效阻隔熱傳導；②熱輻射率高，能夠大大減少到達發動機表層的熱量，提高發動機效率，延長發動機壽命；③有較高的剝離強度；④具有高溫穩定性優異的耐腐蝕、耐磨損性能。
【具體實施方式】
[0016]下面結合具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定。
[0017]實施例1
[0018]一種航空發動機用高強輻射涂層，以添加錸元素改性的MCrAH為底層材料，采用等離子噴涂沉積20 μ m ;以CeO2和Y2O3穩定的Zr02、HfC/SiC和La2Zr2O7為面層材料，交替采用等離子噴涂沉積CeO2和Y2O3穩定的ZrO2、溶膠-凝膠沉積HfC/SiC、等離子噴涂沉積La2Zr2O7,形成3層厚0.2mm的微疊層結構。
[0019]實施例2
[0020]一種航空發動機用高強輻射涂層，以添加錸元素改性的MCrAH和NiCoCrAH為底層材料，采用等離子噴涂沉積80 μ m ;以CeO2和Y2O3穩定的Zr02、HfC/SiC并添加La2Zr207、La2Ce207、Ni/Al203以及Ni/Zr02為面層材料，交替采用等離子噴涂沉積CeO2和Y2O3穩定的ZrO2、溶膠-凝膠沉積 HfC/SiC、等離子噴涂沉積 La2Zr207、La2Ce207、Ni/Al203 以及 Ni/Zr02,形成6層厚4_的微疊層結構。
[0021]上述僅為本發明的兩個【具體實施方式】，但本發明的設計構思并不局限于此，凡利用此構思對本發明進行非實質性的改動，均應屬于侵犯本發明保護的范圍的行為。但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何形式的簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發明技術方案的保護范圍。
【權利要求】
1.一種航空發動機用高強輻射涂層，其特征在于由底層材料和面層材料兩部分組成。
2.根據權利要求1所述的高強輻射涂層，其特征在于所述的底層材料為添加錸元素改性的NiCoCrAlY、NiCrAl、MCrAH中的一種或多種。
3.根據權利要求1所述的高強輻射涂層，其特征在于所述的面層材料主體為CeO2和Y2O3 穩定的 ZrO2,HfC/SiC,同時添加 La2Zr207、La2Ce207、Ni/Al203、Ni/Zr02 中的一種或多種。
4.根據權利要求1所述的高強輻射涂層，其特征在于所述的底層材料厚度為10?100 μ m0
5.根據權利要求1所述的高強輻射涂層，其特征在于所述的面層材料厚度為0.1?5mm ο
6.根據權利要求1所述的高強輻射涂層，其特征在于所述的底層材料采用等離子噴涂法沉積，所述的面層材料采用等離子噴涂、氣相沉積以及溶膠-凝膠沉積、磁控濺射沉積等方法多次沉積，形成3?8層彼此交替的微疊層結構。
7.根據權利要求1所述的高強輻射涂層，其特征在于所述的航空發動機用高強輻射涂層可以用于1000?2400°C溫度范圍內的高溫合金或難熔合金的高溫防護。
【文檔編號】B32B9/04GK103722803SQ201310332284
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年8月2日 優先權日:2013年8月2日
【發明者】陳照峰, 王璐 申請人:太倉派歐技術咨詢服務有限公司