一種重復激光熔覆制備熱障涂層的方法
【專利摘要】本發明涉及一種重復激光熔覆制備熱障涂層的方法，屬于熱障涂層制備技術領域。本發明針對目前制備的熱障涂層高溫環境下工作的涂層粘結層易氧化，涂層容易開裂剝落的問題，提供了一種通過將混合球磨粉末與聚乙烯醇混合，再對其球磨后干燥分散進行噴涂，隨后在激光熔覆下制備一種孔隙率較低的熱障涂層，本發明制備的熱障涂層孔隙率低，隔熱溫度可達175～180℃，且在1000～1100℃下保溫10～15min，隨后置于0～5℃下急冷處理，無表面剝落現象；且制備過程簡單，綠色環保，對環境無污染。
【專利說明】
一種重復激光熔覆制備熱障涂層的方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種重復激光熔覆制備熱障涂層的方法，屬于熱障涂層制備技術領域。
【背景技術】
[0002]熱障涂層是指由隔熱陶瓷層和打底粘結層組成的防熱抗高溫氧化系統。它是將抗高溫、高隔熱的陶瓷材料涂覆在高溫合金基體的表面，從而提高基體合金抗高溫氧化能力、降低基體表面溫度。熱障涂層廣泛應用于發動機葉片和燃氣輪機的高溫部件上。上世紀50年代，為了提高火箭發動機及燃氣輪機的抗高溫氧化能力，美國的NASA研究中心提出了在高溫零部件表面制備一種具有高隔熱、抗高溫氧化性能的熱障涂層。熱障涂層的陶瓷層具有高的熔點和熱導率，是一種很好的高溫隔熱材料，它能使高溫燃氣與高溫零部件隔離開，從而保護燃氣輪機高溫部件不受高溫燃氣的腐蝕。熱障涂層的應用能大幅度的增加燃氣輪機功率和提高熱效率。
[0003]熱障涂層的發展推動了高溫防護工業的進步，是目前應用前景最好的表面防護涂層之一。據報道，目前美國差不多所有的船用和陸用燃氣輪機都采用了熱障涂層系統，每年大約有300噸的氧化鋯陶瓷材料用于制備熱障涂層，在這幾年中熱障涂層應用達到了 12%的年增長率，其中在發動機葉片的應用年增長率達到了 25%，具有廣闊的發展前景。但是為了進一步提高涂層的隔熱和抗氧化能力，又發展了多層結構熱障涂層。由于陶瓷涂層本身存在各種孔隙、裂紋等缺陷，因此氧容易進入涂層內部導致粘結層氧化，從而導致涂層開裂或剝落，所以制備一種孔隙率較低，有效抗氧隔熱的熱障涂層很有必要。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題:針對目前制備的熱障涂層高溫環境下工作的涂層粘結層易氧化，涂層容易開裂剝落的問題，提供了一種通過將混合球磨粉末與聚乙烯醇混合，再對其球磨后干燥分散進行噴涂，隨后在激光熔覆下制備一種孔隙率較低的熱障涂層，有效的解決了熱障涂層高溫環境下工作的涂層粘結層易氧化，涂層容易開裂剝落的問題。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用如下所述的技術方案是:
(1)按重量份數計，分別稱量15?25份NiAl粉體、15?20份TiC、10?15份ZrO2-Y2O3和10?15份Fe2O3置于球磨罐中，在250?300r/min下球磨I?2h，待球磨完成后，制備得混合粉末，隨后按固液比2: 3，將聚乙烯醇和混合粉末攪拌混合，并置于65?80 °C下干燥25?30min；
(2)待干燥完成后，對其抽真空至10kPa，在95?100°C下保溫加熱I?2h，隨后停止既然，在1kPa下靜置冷卻2?3h后，將干燥混合粉末置于球磨罐中，球磨I?2h后過篩，制備得75?80目干燥混合粉末；
(3)按質量比1:5，將聚乙烯醇與無水乙醇攪拌混合，再在65?80°C下水浴加熱25?30min后，制備得分散液，隨后按固液比1: 5，將上述制備的干燥混合粉末與分散液攪拌混合，在200?300W下超聲分散處理10?15min，破碎團聚粉體后，用噴槍噴涂至涂覆物表面，控制噴涂厚度為1.5?1.6mm，待噴涂完成后，靜置固化10?15min;
(4)待靜置固化完成后，將其置于激光熔覆裝置下，設置激光功率為2.5?3.5kW，光斑直徑為2mm，掃描速度為2mm/s，接搭率為45%，在同軸通入氬氣進行保護，激光熔覆制備得一種熱障涂層。
[0006]本發明制備的熱障涂層厚度為1.45mm，隔熱溫度可達175?180°C，同時在1000?1100 °C下保溫10?15min，隨后置于O?5 °C下急冷處理，無表面剝落現象。
[0007]本發明與其他方法相比，有益技術效果是:
(1)本發明制備的熱障涂層孔隙率低，隔熱溫度可達175?180°C，且在1000?1100°C下保溫10?15min，隨后置于O?5°C下急冷處理，無表面剝落現象；
(2)本發明制備過程簡單，綠色環保，對環境無污染。
【具體實施方式】
[0008]首先按重量份數計，分別稱量15?25份NiAl粉體、15?20份TiC、10?15份ZrO2-Y2O3和10?15份Fe203置于球磨罐中，在250?300r/min下球磨I?2h，待球磨完成后，制備得混合粉末，隨后按固液比2: 3，將聚乙烯醇和混合粉末攪拌混合，并置于65?80°C下干燥25?30min;待干燥完成后，對其抽真空至lOkPa，在95?100°C下保溫加熱I?2h，隨后停止既然，在1kPa下靜置冷卻2?3h后，將干燥混合粉末置于球磨罐中，球磨I?2h后過篩，制備得75?80目干燥混合粉末；按質量比1:5，將聚乙烯醇與無水乙醇攪拌混合，再在65?80°C下水浴加熱25?30min后，制備得分散液，隨后按固液比1:5，將上述制備的干燥混合粉末與分散液攪拌混合，在200?300W下超聲分散處理10?15min，破碎團聚粉體后，用噴槍噴涂至涂覆物表面，控制噴涂厚度為1.5?1.6mm，待噴涂完成后，靜置固化10?15min;待靜置固化完成后，將其置于激光熔覆裝置下，設置激光功率為2.5?3.5kW，光斑直徑為2mm，掃描速度為2mm/s，接搭率為45%，在同軸通入氬氣進行保護，激光熔覆制備得一種熱障涂層。
[0009]實例I
首先按重量份數計，分別稱量15份NiAl粉體、15份TiC、10份ZrO2-Y2O3和10份Fe2O3置于球磨罐中，在250r/min下球磨Ih，待球磨完成后，制備得混合粉末，隨后按固液比2:3，將聚乙烯醇和混合粉末攪拌混合，并置于65°C下干燥25min;待干燥完成后，對其抽真空至1kPa，在95°C下保溫加熱Ih，隨后停止既然，在1kPa下靜置冷卻2h后，將干燥混合粉末置于球磨罐中，球磨Ih后過篩，制備得75目干燥混合粉末;按質量比1:5，將聚乙烯醇與無水乙醇攪拌混合，再在65 °C下水浴加熱25min后，制備得分散液，隨后按固液比1:5，將上述制備的干燥混合粉末與分散液攪拌混合，在200W下超聲分散處理lOmin，破碎團聚粉體后，用噴槍嗔涂至涂覆物表面，控制嗔涂厚度為I.5mm，待嗔涂完成后，靜置固化1min ；待靜置固化完成后，將其置于激光熔覆裝置下，設置激光功率為2.5kW，光斑直徑為2mm，掃描速度為2mm/s，接搭率為45%，在同軸通入氬氣進行保護，激光熔覆制備得一種熱障涂層。
[0010]實例2
首先按重量份數計，分別稱量20份NiAl粉體、17份TiC、12份ZrO2-Y2O3和12份Fe2O3置于球磨罐中，在275r/min下球磨Ih，待球磨完成后，制備得混合粉末，隨后按固液比2:3，將聚乙烯醇和混合粉末攪拌混合，并置于70°C下干燥27min;待干燥完成后，對其抽真空至1kPa，在97°C下保溫加熱2h，隨后停止既然，在1kPa下靜置冷卻3h后，將干燥混合粉末置于球磨罐中，球磨2h后過篩，制備得80目干燥混合粉末;按質量比1:5，將聚乙烯醇與無水乙醇攪拌混合，再在70 °C下水浴加熱30min后，制備得分散液，隨后按固液比1:5，將上述制備的干燥混合粉末與分散液攪拌混合，在250W下超聲分散處理12min，破碎團聚粉體后，用噴槍噴涂至涂覆物表面，控制噴涂厚度為1.6mm，待噴涂完成后，靜置固化12min;待靜置固化完成后，將其置于激光熔覆裝置下，設置激光功率為2.7kW，光斑直徑為2mm，掃描速度為2mm/s，接搭率為45%，在同軸通入氬氣進行保護，激光熔覆制備得一種熱障涂層。
[0011]實例3
首先按重量份數計，分別稱量25份NiAl粉體、20份TiC、15份ZrO2-Y2O3和15份Fe2O3置于球磨罐中，在300r/min下球磨2h，待球磨完成后，制備得混合粉末，隨后按固液比2:3，將聚乙烯醇和混合粉末攪拌混合，并置于80°C下干燥30min;待干燥完成后，對其抽真空至lOkPa，在100°C下保溫加熱2h，隨后停止既然，在1kPa下靜置冷卻3h后，將干燥混合粉末置于球磨罐中，球磨2h后過篩，制備得80目干燥混合粉末;按質量比1:5，將聚乙烯醇與無水乙醇攪拌混合，再在80 °C下水浴加熱30min后，制備得分散液，隨后按固液比1:5，將上述制備的干燥混合粉末與分散液攪拌混合，在300W下超聲分散處理15min，破碎團聚粉體后，用噴槍嗔涂至涂覆物表面，控制嗔涂厚度為I.6mm，待嗔涂完成后，靜置固化15min ；待靜置固化完成后，將其置于激光熔覆裝置下，設置激光功率3.5kW，光斑直徑為2mm，掃描速度為2mm/s，接搭率為45%，在同軸通入氬氣進行保護，激光熔覆制備得一種熱障涂層。
【主權項】
1.一種重復激光熔覆制備熱障涂層的方法，其特征在于具體制備步驟為: (1)按重量份數計，分別稱量15?25份NiAl粉體、15?20份TiC、10?15份ZrO2-Y2O3和10?15份Fe203置于球磨罐中，在250?300r/min下球磨I?2h，待球磨完成后，制備得混合粉末，隨后按固液比2: 3，將聚乙烯醇和混合粉末攪拌混合，并置于65?80 °C下干燥25?30min； (2)待干燥完成后，對其抽真空至1kPa，在95?100°C下保溫加熱I?2h，隨后停止既然，在1kPa下靜置冷卻2?3h后，將干燥混合粉末置于球磨罐中，球磨I?2h后過篩，制備得75?80目干燥混合粉末； (3)按質量比1:5，將聚乙烯醇與無水乙醇攪拌混合，再在65?80°C下水浴加熱25?30min后，制備得分散液，隨后按固液比1: 5，將上述制備的干燥混合粉末與分散液攪拌混合，在200?300W下超聲分散處理10?15min，破碎團聚粉體后，用噴槍噴涂至涂覆物表面，控制噴涂厚度為1.5?1.6mm，待噴涂完成后，靜置固化10?15min; (4)待靜置固化完成后，將其置于激光熔覆裝置下，設置激光功率為2.5?3.5kW，光斑直徑為2mm，掃描速度為2mm/s，接搭率為45%，在同軸通入氬氣進行保護，激光熔覆制備得一種熱障涂層。
【文檔編號】C23C24/10GK105951095SQ201610468614
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月25日
【發明人】張靜, 高玉剛
【申請人】張靜