技术特征：
1.一种多相共沉积复合结构可磨耗封严涂层，其特征在于，包括在高温合金基体上依次沉积的金属粘结层和复合结构陶瓷层，其中所述复合结构陶瓷层是复合结构ysz陶瓷层或复合结构镧系锆酸盐陶瓷层，由作为骨架的柱状晶和填充在柱状晶间隙颗粒构成，柱状晶骨架占比为50～80vol.％，颗粒占比10～40vol.％，孔隙率为1～10vol.％。2.根据权利要求1所述的多相共沉积复合结构可磨耗封严涂层，其特征在于，所述金属粘结层为三种材质的任一种：第一种为nicocraly，其组分包括40～60wt.％的ni，15～25wt.％的co，16～27wt.％的cr，5～10wt.％的al，0.05～2wt.％的y；第二种为nialx，x选择dy、hf或zr中的任一种，其组分包括40～60mol％的ni，38～60mol％的al，0.05～1.5mol％的x；第三种为nialpt，其组分包括40～60mol％的ni，34～46mol％的al，4～20mol％的pt。3.根据权利要求1所述的多相共沉积复合结构可磨耗封严涂层，其特征在于，所述金属粘结层厚度为20～100μm，所述复合结构陶瓷层厚度为100～2000μm。4.一种多相共沉积复合结构可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，高温合金基体预处理；第二步，高温合金基体上制备金属粘结层，金属粘结层制备完毕后取出高温合金基体并对其进行真空热处理，温度1000～1100℃，时间为3～5h，真空度7～9
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10-5
mbar，随炉冷却至室温后取出；第三步，采用等离子蒸发沉积在金属粘结层上制备复合结构陶瓷层，ysz粉末或镧系锆酸盐粉末经过等离子束流的加热后形成固、液、气三相，气相原子在固相颗粒上沉积并生长成柱状结构，同时伴随固相颗粒多次形核和液相的沉积，形成以柱状晶为骨架、颗粒填充柱状晶间隙的复合结构陶瓷层，柱状晶骨架占比为50～80vol.％，颗粒占比10～40vol.％，孔隙率为1～10vol.％。5.根据权利要求4所述的多相共沉积复合结构可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于，所述第二步，采用下述三种方式的任一种制备粘结层：采用真空等离子喷涂方法制备nicocraly金属粘结层；采用电子束物理气相沉积方法制备nialx金属粘结层，x选择dy、hf或zr中的任一种；采用电镀和包埋渗的方法制备nialpt金属粘结层。6.根据权利要求5所述的多相共沉积复合结构可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于，采用真空等离子喷涂方法制备nicocraly金属粘结层具体为：将第一步预处理后的高温合金基体安装在真空室的自动工件运动台上，调整工艺参数：喷涂功率为50～55kw，喷涂电流为1400～1550a，送粉率15～20g/min，喷涂距离550～600mm，主气流量ar 30～35slpm，he 55～60slpm，真空度70～75mbar；沉积2～3min，得到厚度20～100μm的粘结层。7.根据权利要求5所述的多相共沉积复合结构可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于，采用电子束物理气相沉积方法制备nialx金属粘结层具体为：使用电弧熔炼的方法配制靶材热处理后置于坩埚中，抽真空至3
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10-3
pa；将第一步预处理后的高温合金基体预热至850～900℃，调节电子束电压为18～20kv，电子束电流为1.3～1.5a，高温合金基体旋转速率为10～15r/min，靶材的上升速率为0.3mm/min，沉积时间为40～50min，得到厚度80～100μm的粘结层。8.根据权利要求5所述的多相共沉积复合结构可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于，采用电镀和包埋渗的方法制备nialpt金属粘结层具体为：配置pt的电镀液，选取成分
为：亚硝酸二氨铂(pt(nh3)2(no2)2)含量17g/l，硝酸铵(nh4no3)含量100g/l，亚硝酸钠(nano2)含量10g/l，氨水(nh3·
h2o)含量50g/l；加热镀液温度至80℃，将高温合金基体放入pt电镀液中，设置电流为0.8-1ma/mm2，电镀时间为55～60min，制备得到的电镀pt层的厚度为4～5μm；利用包埋渗方法渗铝，包埋渗的工艺参数为：保温温度950～1000℃，保温时间90～100min，最终制备得到厚度60～65μm的nialpt粘结层。9.根据权利要求4所述的多相共沉积复合结构可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于，所述第三步包含以下子步骤：(1)将制备好粘结层的高温合金基体装入夹具中，固定到真空室内的自动工件转台上；(2)关闭真空室，抽真空，直至真空室内的压力低于0.08mbar；(3)打开工作气体阀门，向真空室内充入保护性气体氩气到130mbar；(4)设定喷涂电流为1800a～2200a，引弧，待等离子电弧稳定后，抽真空至2mbar，逐步调整气体流量为ar 20～40slpm，he 50～70slpm；(5)调整等离子枪与高温合金基体表面的距离为1000～1400mm，利用等离子射流加热高温合金基体到800～900℃，持续保温，并采用红外探头持续监测高温合金表面温度；(6)将送粉器中的ysz粉末加热到60℃，打开送粉器，沉积ysz陶瓷层；工艺参数为：送粉率1～10g/min，送粉角度60～80
°
，送粉载气速率8～13l/min，喷涂功率60kw～100kw，喷涂距离为1000～1400mm，沉积时间为10min～30min；制得厚度为100～2000μm的ysz涂层；若制备复合结构的镧系锆酸盐涂层，采用与上述制备ysz的相同工艺参数；(7)逐步减小等离子气体流量、喷涂电流，向真空室内充入氩气至真空室气压超过70mbar后，灭弧，待真空室冷却后，放气，打开真空室并取出高温合金基体。
技术总结
本发明公开了一种多相共沉积“柱状晶+颗粒”复合结构可磨耗封严涂层及其制备方法，采用等离子蒸发沉积技术制备纯陶瓷材料的封严涂层，包括在高温合金基体上依次沉积的金属粘结层和复合结构陶瓷层，其中所述复合结构陶瓷层是复合结构YSZ陶瓷层或复合结构镧系锆酸盐陶瓷层，由作为骨架的柱状晶和填充在柱状晶间隙颗粒构成，柱状晶骨架占比为50～80vol.％，颗粒占比10～40vol.％，孔隙率为1～10vol.％。该复合结构可磨耗封严涂层制备工艺流程简单，具有良好的可磨耗性能、抗热冲击性能，服役寿命长等优点。命长等优点。命长等优点。
技术研发人员：何雯婷 陈文博 郭洪波
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2022.03.09
技术公布日：2022/6/21