本發明屬于高溫防護涂層，具體而言，涉及一種連續制備雙漸變結構的高性能scysz熱障涂層及其制備方法。

背景技術：

1、熱障涂層由于其較低的熱導率，良好的耐高溫性能和抗腐蝕性能被廣泛應用于航空發動機及重型燃氣輪機的熱端部件。隨著航空發動機和燃氣輪機向高熱效率、低排放、高推重比、大功率等方向發展，渦輪前端燃氣進口溫度越來越高，最高溫度遠高于鎳基高溫合金的承溫能力。而目前應用最廣泛的8ysz熱障涂層體系由于長期服役于1200℃的高溫環境下易發生燒結、相變和易腐蝕等，且應變容限減低等問題。而鈧釔共穩氧化鋯(scysz)陶瓷涂層卻具有相比傳統的8ysz陶瓷隔熱涂層具有低的熱導率和優異的高溫四方相結構穩定性。

2、在涂層的結構體系中，通過超音速等離子噴涂工藝可制備出具有典型的層狀組織結構的涂層和超音速懸浮液等離子噴涂工藝可制備出具有垂直裂紋結構的涂層，但是層狀組織結構中大量的層間界面常常是裂紋的形核點，容易導致涂層服役過程中發生層間開裂與過早失效。而垂直裂紋結構由于其高的應變容限，因此在冷熱交變循環的服役條件下可以大幅提高熱障涂層的使用壽命，但是垂直裂紋的引入導致其涂層的隔熱效果遠不如等離子噴涂的層狀結構涂層。

技術實現思路

1、為克服現有技術中8ysz陶瓷隔熱涂層難以長期服役于1200℃以上的高溫熱力化學多場耦合環境的問題，本發明的目的是提供了一種具有低熱導率、較好的應變容限和高的熱循環壽命的連續制備雙漸變結構的高性能scysz熱障涂層及其制備方法，該方法制備的熱障涂層具有適用于高于1200℃的高溫環境。

2、為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

3、一種連續制備雙漸變結構的高性能scysz熱障涂層的制備方法，包括以下步驟：

4、將團聚scysz陶瓷粉末采用超音速等離子噴涂工藝，在高溫合金基體上制備scysz層狀結構層；

5、將納米晶鈧釔共穩氧化鋯陶瓷粉末與含分散劑的無水乙醇進行球磨，得到懸浮液；

6、將懸浮液利用超音速懸浮液等離子噴涂工藝，在scysz層狀結構層上制備垂直裂紋結構層，形成雙漸變結構的高性能scysz熱障涂層。

7、本發明進一步的改進在于，scysz層狀結構層的厚度為100μm。

8、本發明進一步的改進在于，超音速等離子噴涂工藝參數為：電流為430～450a、電壓為125～140v、主氣氬氣流量為110～120l/min、二次氣氫氣流量為15～17l/min、噴涂距離為90～110mm以及送粉量為14～18g/min。

9、本發明進一步的改進在于，分散劑為聚乙二醇。

10、本發明進一步的改進在于，納米晶鈧釔共穩氧化鋯陶瓷粉末與分散劑的質量比為20～40：1～4。

11、本發明進一步的改進在于，垂直裂紋結構層的涂層厚度為100μm。

12、本發明進一步的改進在于，超音速懸浮液等離子噴涂工藝參數為：電流為380～420a、電壓為110～150v、主氣氬氣流量為60～70l/min、二次氣氫氣流量為16～22l/min、噴涂距離為40mm、懸浮液送粉速率為15～25ml/min。

13、本發明進一步的改進在于，將懸浮液利用超音速懸浮液等離子噴涂工藝，在scysz層狀結構層上制備垂直裂紋結構層前，將高溫合金基體預熱至180℃。

14、本發明進一步的改進在于，團聚scysz陶瓷粉末通過以下過程制得：納米晶鈧釔共穩氧化鋯陶瓷粉末、粘結劑與水混合，得到漿料，將漿料進行球磨，然后通過離心式噴霧造粒，進行粉末的團聚，獲得團聚scysz陶瓷粉體。

15、一種雙漸變結構的高性能scysz熱障涂層，包括在高溫合金基體上從下到上設置的scysz層狀結構層與垂直裂紋結構層。

16、與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

17、本發明采用超音速等離子噴涂技術制備了含有層狀組織結構的scysz涂層，又通過超音速懸浮液等離子噴涂技術在層狀組織結構的scysz涂層上連續制備了具有垂直裂紋結構的scysz涂層。含有層狀組織結構的scysz涂層中的納米組織可大大降低涂層的熱導率，以進一步地增強涂層的隔熱效果；且具有垂直裂紋結構的scysz涂層增大了涂層的應力損傷容限，降低了涂層在冷熱交變循環服役條件下的熱應力積累，易于熱應力的釋放；底部為層狀組織結構的scysz涂層可有效改善垂直裂紋結構層隔熱性能差的缺點，而且scysz陶瓷材料具有低的熱導率和優異的高溫四方相穩定性，整體上有利于延長熱端部件在更高溫度和更復雜苛刻環境下的使用壽命。

18、進一步的，雙漸變結構scysz涂層制備過程中通過調節超音速懸浮液漿料的濃度、懸浮液送粉速率以及功率等制備因素，從而實現涂層的垂直裂紋結構的形成，最終影響涂層在冷熱交變循環服役條件下的熱應力釋放。

1.一種連續制備雙漸變結構的高性能scysz熱障涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的連續制備雙漸變結構的高性能scysz熱障涂層的制備方法，其特征在于，scysz層狀結構層的厚度為100μm。

3.根據權利要求1所述的連續制備雙漸變結構的高性能scysz熱障涂層的制備方法，其特征在于，超音速等離子噴涂工藝參數為：電流為430～450a、電壓為125～140v、主氣氬氣流量為110～120l/min、二次氣氫氣流量為15～17l/min、噴涂距離為90～110mm以及送粉量為14～18g/min。

4.根據權利要求1所述的連續制備雙漸變結構的高性能scysz熱障涂層的制備方法，其特征在于，分散劑為聚乙二醇。

5.根據權利要求1所述的連續制備雙漸變結構的高性能scysz熱障涂層的制備方法，其特征在于，納米晶鈧釔共穩氧化鋯陶瓷粉末與分散劑的質量比為20～40：1～4。

6.根據權利要求1所述的連續制備雙漸變結構的高性能scysz熱障涂層的制備方法，其特征在于，垂直裂紋結構層的涂層厚度為100μm。

7.根據權利要求1所述的連續制備雙漸變結構的高性能scysz熱障涂層的制備方法，其特征在于，超音速懸浮液等離子噴涂工藝參數為：電流為380～420a、電壓為110～150v、主氣氬氣流量為60～70l/min、二次氣氫氣流量為16～22l/min、噴涂距離為40mm、懸浮液送粉速率為15～25ml/min。

8.根據權利要求1所述的連續制備雙漸變結構的高性能scysz熱障涂層的制備方法，其特征在于，將懸浮液利用超音速懸浮液等離子噴涂工藝，在scysz層狀結構層上制備垂直裂紋結構層前，將高溫合金基體預熱至180℃。

9.根據權利要求1所述的連續制備雙漸變結構的高性能scysz熱障涂層的制備方法，其特征在于，團聚scysz陶瓷粉末通過以下過程制得：納米晶鈧釔共穩氧化鋯陶瓷粉末、粘結劑與水混合，得到漿料，將漿料進行球磨，然后通過離心式噴霧造粒，進行粉末的團聚，獲得團聚scysz陶瓷粉體。

10.一種根據權利要求1-9任意一項所述的方法制備的雙漸變結構的高性能scysz熱障涂層，其特征在于，包括在高溫合金基體上從下到上設置的scysz層狀結構層與垂直裂紋結構層。