1.本发明涉及隔热材料技术领域，具体为一种热障涂层及其制备方法。
背景技术：
2.热障涂层主要包括陶瓷涂层，金属粘结层和高温合金基底。它沉积在耐高温金属或超合金的表面，热障涂层对于基底材料起到隔热作用，降低基底温度，使得用其制成的器件能在高温下运行，并且可以提高器件热效率达到60％以上，热障涂层可以明显降低基材温度、硬度高、化学稳定性好，具有防止高温腐蚀、延长热端部件使用寿命、提高发动机功率和减少燃油消耗等优点。
3.现在实际应用中最常用的方法是通过大气等离子喷涂(aps)、电子束物理气相沉积(eb-pvd)、超音速火焰喷涂(hvof)等大型设备进行制备，不能覆盖高温合金基体拼接处的缝隙，不能对一体化后的航空发动机异形部件内表面进行涂层制备，限制了其在高温部件一体化方面的应用。同时，aps制备涂层的粉体利用率太低，有超过一半的粉体直接被风抽走，既污染环境，又造成浪费；ebpvd方法制备涂层的效率较低，而且对于有拐弯形状的结构，其内壁也不能利用ebpvd制备涂层。
技术实现要素：
4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种热障涂层及其制备方法，解决了常用的热障涂层制备方法对粉体的利用率较低和不适用于不规则结构的问题。
6.(二)技术方案
7.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种热障涂层，包括以下重量份原料：陶瓷微粉40～60份、二氧化钛20～30份、高温胺5～10份、二氧化铪5～10份、二氧化锆3～5份、金属粉10～15份、岩棉粉5～8份、稠化剂5～8份、粘结剂3～5份、无水乙醇60～90份、酒精30～50份、溶剂40～60份。
8.优选的，所述金属粉包括有钨、钼、铌、钽和nicocraly中的一种或多种，所述稠化剂包括有丙二醇藻蛋白酸酯、淀粉磷酸钠、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酸钠中的任意一种，所述溶剂包括有异丙醇、苯甲醇、乙酸甲酯和乙二醇单甲醚中的任意一种。
9.优选的，所述粘结剂使用的是耐高温无机粘合剂，是由无机碱和金属氧化物、氢氧化物组成。
10.优选的，所述陶瓷微粉是将陶瓷粉体放入密封的压力容器中，并以水作为溶剂，按照水热法先对压力容器加热使陶瓷粉体溶解后再结晶，制备出粒径大小为50～70μm的陶瓷微粉。
11.优选的，所述一种热障涂层的制备方法，所述涂层浆料的制备方法，包括以下步骤：
12.s1.初级浆料制备
13.将制备好的陶瓷微粉放入烘箱内，以100～110℃的温度烘干24～30h，然后将陶瓷微粉、岩棉粉、二氧化钛、高温胺、二氧化铪、二氧化锆、稠化剂、粘结剂和无水乙醇放入导游氧化锆球的聚四氟乙烯球磨罐中，然后在芯型球磨机中以2000～2500r/min的转速球磨24～30h后，制得初级浆料；
14.s2.次级浆料
15.将制得的初级浆料取出倒入稀释罐中，再向稀释罐内加入酒精，以200～300r/min的转速对稀释罐内持续搅拌10～15min后，将稀释罐内混合溶液取出使用200～320目的不锈钢网筛进行过滤，将过筛后的浆料放入烘箱中，以80～85℃烘烤6～12h后，即可制得次级浆料；
16.s3.最终制备
17.将次级浆料和金属粉放入到容器内，然后向容器内加入溶剂，以500～800r/min的转速对容器内持续搅拌20～30min，使整个充分混合均匀，直至不存在明显的分层现象，即可制得涂层浆料。
18.优选的，所述的一种热障涂层的制备方法，包括以下步骤：
19.s1.基底处理
20.将合金或不锈钢放入超声波清洗机内，依次使用丙酮和酒精对合金或不锈钢表面进行超声波清洗，清洗3～5min后再将合金或不锈钢取出放入喷砂机内，使用刚玉进行喷砂处理，喷砂处理完成后使用吹风机将合金或不锈钢表面吹净；
21.s2.涂覆干燥
22.再将合金或不锈钢放入涂覆机内，然后将搅拌均匀的涂层浆料均匀的涂覆在合金或不锈钢喷砂表面，然后将合金或不锈钢放入鼓风干燥箱内，以120～150℃对合金或不锈钢进行恒温干燥，持续烘烤20～30min；
23.s3.涂层烧结
24.将合金或不锈钢放入高温真空管式炉中，再使用真空泵将炉膛内抽成高真空状态，关闭真空后向炉膛内通入高纯氩气25～30min，直至炉膛内全部为氩气氛围，然后将氩气出口的压力调低至0.2mpa，并且在烧结过程中保持这种压力，对炉膛内升温至1100～1200℃，持续烧结2.5～3h，然后停止加热再保温1h，随后关闭设备自然冷却至室温后取出，即可得到最后成品。
25.(三)有益效果
26.本发明提供了一种热障涂层及其制备方法。具备以下有益效果：
27.本发明通过先利用球磨机将涂层的浆料制备好，再在浆料中添加耐高温无机粘合剂，与浆料混合均匀之后，得到用于涂敷涂层的浆料，然后在基底表面涂覆一层涂层，能很好地弥补现在普遍使用的大气等离子喷涂、电子束物理气相沉积不能对复杂小孔材料进行涂层制备的缺陷，采用本方法制备的涂层致密度高，粘结性好，可阻碍氧的透过性，提高涂层的抗氧化性能，同时降低涂层表面孔隙率，明显减缓腐蚀物质的渗透，使热障涂层具有较长服役寿命，并且岩棉的导热系数为0.040w/(m
·
k)，通过岩棉粉可大大降低涂层的热导率，同时通过在原料中添加了二氧化钛、二氧化锆、金属粉和高温胺，由于二氧化钛和二氧化锆具有较高的热稳定性能，可提高热障涂层的耐高温性能，高温胺可提高涂层的结合强度，根据使用温度的需求选择添加不同的金属粉，以降低涂层的热膨胀系数。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.实施例一：
30.本发明实施例提供一种热障涂层，包括以下重量份原料：陶瓷微粉40份、二氧化钛20份、高温胺5份、二氧化铪5份、二氧化锆3份、金属粉10份、岩棉粉5份、稠化剂5份、粘结剂3份、无水乙醇60份、酒精30份、溶剂40份。
31.金属粉包括有钨、钼、铌、钽、钒和nicocraly中的一种或多种，根据使用温度的需求选择添加不同的金属粉，以调节涂层的热膨胀系数，稠化剂包括有丙二醇藻蛋白酸酯、淀粉磷酸钠、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酸钠中的任意一种，溶剂包括有异丙醇、苯甲醇、乙酸甲酯和乙二醇单甲醚中的任意一种。
32.粘结剂使用的是耐高温无机粘合剂，是由无机碱和金属氧化物、氢氧化物组成。
33.陶瓷微粉是将陶瓷粉体放入密封的压力容器中，并以水作为溶剂，按照水热法先对压力容器加热使陶瓷粉体溶解后再结晶，制备出粒径大小为50μm的陶瓷微粉。
34.一种热障涂层的制备方法，涂层浆料的制备方法，包括以下步骤：
35.s1.初级浆料制备
36.将制备好的陶瓷微粉放入烘箱内，以100℃的温度烘干24h，然后将陶瓷微粉、岩棉粉、二氧化钛、高温胺、二氧化铪、二氧化锆、稠化剂、粘结剂和无水乙醇放入导游氧化锆球的聚四氟乙烯球磨罐中，然后在芯型球磨机中以2000r/min的转速球磨24h后，制得初级浆料；
37.s2.次级浆料
38.将制得的初级浆料取出倒入稀释罐中，再向稀释罐内加入酒精，以200r/min的转速对稀释罐内持续搅拌10min后，将稀释罐内混合溶液取出使用200目的不锈钢网筛进行过滤，将过筛后的浆料放入烘箱中，以80℃烘烤6h后，即可制得次级浆料；
39.s3.最终制备
40.将次级浆料和金属粉放入到容器内，然后向容器内加入溶剂，以500r/min的转速对容器内持续搅拌20min，使整个充分混合均匀，直至不存在明显的分层现象，即可制得涂层浆料。
41.一种热障涂层的制备方法，包括以下步骤：
42.s1.基底处理
43.将合金或不锈钢放入超声波清洗机内，依次使用丙酮和酒精对合金或不锈钢表面进行超声波清洗，清洗3min后再将合金或不锈钢取出放入喷砂机内，使用刚玉进行喷砂处理，喷砂处理完成后使用吹风机将合金或不锈钢表面吹净；
44.s2.涂覆干燥
45.再将合金或不锈钢放入涂覆机内，然后将搅拌均匀的涂层浆料均匀的涂覆在合金或不锈钢喷砂表面，然后将合金或不锈钢放入鼓风干燥箱内，以120℃对合金或不锈钢进行恒温干燥，持续烘烤20min；
46.s3.涂层烧结
47.将合金或不锈钢放入高温真空管式炉中，再使用真空泵将炉膛内抽成高真空状态，关闭真空后向炉膛内通入高纯氩气25min，直至炉膛内全部为氩气氛围，然后将氩气出口的压力调低至0.2mpa，并且在烧结过程中保持这种压力，对炉膛内升温至1100℃，持续烧结2.5h，然后停止加热再保温1h，随后关闭设备自然冷却至室温后取出，即可得到最后成品。
48.先利用球磨机将涂层的浆料制备好，再在浆料中添加耐高温无机粘合剂，与浆料混合均匀之后，得到用于涂敷涂层的浆料，然后在基底表面涂覆一层涂层，能很好地弥补现在普遍使用的大气等离子喷涂、电子束物理气相沉积不能对复杂小孔材料进行涂层制备的缺陷，采用本方法制备的涂层致密度高，粘结性好，可阻碍氧的透过性，提高涂层的抗氧化性能，同时降低涂层表面孔隙率，明显减缓腐蚀物质的渗透，使热障涂层具有较长服役寿命，并且岩棉的导热系数为0.040w/(m
·
k)，通过岩棉粉可大大降低涂层的热导率，同时通过在原料中添加了二氧化钛、二氧化锆、金属粉和高温胺，由于二氧化钛和二氧化锆具有较高的热稳定性能，可提高热障涂层的耐高温性能，高温胺可提高涂层的结合强度，。
49.实施例二：
50.本发明实施例提供一种热障涂层，包括以下重量份原料：陶瓷微粉60份、二氧化钛30份、高温胺10份、二氧化铪10份、二氧化锆5份、金属粉15份、岩棉粉8份、稠化剂8份、粘结剂5份、无水乙醇90份、酒精50份、溶剂60份。
51.金属粉包括有钨、钼、铌、钽、钒和nicocraly，可调节涂层的热膨胀系数，提高其与基底的结合强度，根据使用温度的需求选择添加不同的金属粉，以调节涂层的热膨胀系数，稠化剂包括有丙二醇藻蛋白酸酯、淀粉磷酸钠、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酸钠中的任意一种，溶剂包括有异丙醇、苯甲醇、乙酸甲酯和氧化钇中的一种或多种。
52.粘结剂使用的是耐高温无机粘合剂，是由无机碱和金属氧化物、氢氧化物组成。
53.陶瓷微粉是将陶瓷粉体放入密封的压力容器中，并以水作为溶剂，按照水热法先对压力容器加热使陶瓷粉体溶解后再结晶，制备出粒径大小为70μm的陶瓷微粉。
54.一种热障涂层的制备方法，涂层浆料的制备方法，包括以下步骤：
55.s1.初级浆料制备
56.将制备好的陶瓷微粉放入烘箱内，以110℃的温度烘干30h，然后将陶瓷微粉、岩棉粉、二氧化钛、高温胺、二氧化铪、二氧化锆、稠化剂、粘结剂和无水乙醇放入导游氧化锆球的聚四氟乙烯球磨罐中，然后在芯型球磨机中以2350r/min的转速球磨30h后，制得初级浆料；
57.s2.次级浆料
58.将制得的初级浆料取出倒入稀释罐中，再向稀释罐内加入酒精，以300r/min的转速对稀释罐内持续搅拌15min后，将稀释罐内混合溶液取出使用220目的不锈钢网筛进行过滤，将过筛后的浆料放入烘箱中，以85℃烘烤12h后，即可制得次级浆料；
59.s3.最终制备
60.将次级浆料和金属粉放入到容器内，然后向容器内加入溶剂，以800r/min的转速对容器内持续搅拌30min，使整个充分混合均匀，直至不存在明显的分层现象，即可制得涂层浆料。
61.一种热障涂层的制备方法，包括以下步骤：
62.s1.基底处理
63.将合金或不锈钢放入超声波清洗机内，依次使用丙酮和酒精对合金或不锈钢表面进行超声波清洗，清洗5min后再将合金或不锈钢取出放入喷砂机内，使用刚玉进行喷砂处理，喷砂处理完成后使用吹风机将合金或不锈钢表面吹净；
64.s2.涂覆干燥
65.再将合金或不锈钢放入涂覆机内，然后将搅拌均匀的涂层浆料均匀的涂覆在合金或不锈钢喷砂表面，然后将合金或不锈钢放入鼓风干燥箱内，以150℃对合金或不锈钢进行恒温干燥，持续烘烤30min；
66.s3.涂层烧结
67.将合金或不锈钢放入高温真空管式炉中，再使用真空泵将炉膛内抽成高真空状态，关闭真空后向炉膛内通入高纯氩气30min，直至炉膛内全部为氩气氛围，然后将氩气出口的压力调低至0.2mpa，并且在烧结过程中保持这种压力，对炉膛内升温至1200℃，持续烧结3h，然后停止加热再保温1h，随后关闭设备自然冷却至室温后取出，即可得到最后成品。
68.先利用球磨机将涂层的浆料制备好，再在浆料中添加耐高温无机粘合剂，与浆料混合均匀之后，得到用于涂敷涂层的浆料，然后在基底表面涂覆一层涂层，能很好地弥补现在普遍使用的大气等离子喷涂、电子束物理气相沉积不能对复杂小孔材料进行涂层制备的缺陷，采用本方法制备的涂层致密度高，粘结性好，可阻碍氧的透过性，提高涂层的抗氧化性能，同时降低涂层表面孔隙率，明显减缓腐蚀物质的渗透，使热障涂层具有较长服役寿命，并且岩棉的导热系数为0.040w/(m
·
k)，通过岩棉粉可大大降低涂层的热导率，同时通过在原料中添加了二氧化钛、二氧化锆、金属粉和高温胺，由于二氧化钛和二氧化锆具有较高的热稳定性能，可提高热障涂层的耐高温性能，高温胺可提高涂层的结合强度。
69.实施例三：
70.本发明实施例提供一种ysz热障涂层的制备方法，包括以下步骤：先称取二氧化锆(92g)、氧化钇(8g)、稠化剂(23g)和酒精(150ml)放入到带有氧化锆球的聚四氟乙烯球磨罐中，球磨48h之后，将所得到的浆料过80目不锈钢筛子，将过筛后的浆料放入烘箱内烘干，然后取100g浆料和100gnicocraly粉放入球磨机内，并加入150ml酒精，球磨24小时，最后得到的浆料用于制备涂层。接着将高温合金放入超声波清洗机内依次用丙酮和酒精进行超声清洗，再将高温合金放入喷砂机内使用刚玉喷砂处理，再将表面吹干净，将所得浆料通过空气雾化器喷涂到喷完刚玉砂的基底表面，将其放入60度的恒温鼓风干燥箱风干之后，将其整个放入烧结炉中，保持炉膛内充满惰性氩气，对炉膛内加热至1100℃，并保温1h之后，随炉温自然冷却至室温后取出，最后得到的涂层致密度很好，结合强度很高，有很好的隔热作用。将其用于航空发动机、活力发电燃烧室，能使高温部件适应恶劣的高温和强腐蚀工作环境。
71.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。