一种稀土钽酸盐RE3TaO7热障涂层及其制备方法转让专利
申请号 : CN202010889298.1
文献号 : CN111908921B
文献日 : 2021-09-14
发明人 : 冯晶 , 郑奇 , 陈琳 , 王一涛 , 杨凯龙 , 汪俊 , 张志东 , 李振军 , 王峰
申请人 : 昆明理工大学 , 陕西天璇涂层科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种稀土钽酸盐RE3TaO7热障涂层,其特征在于:该涂层为多元梯度涂层,包括两种以上不同稀土钽酸盐RE3TaO7陶瓷组份,且至少有一种以上的陶瓷组份的体积分数沿涂层梯度连续递增或递减的变化;所述多元梯度涂层的厚度为150 300μm;稀土钽酸盐粉体的制备方~
法,包括以下步骤:
步骤1:按照结构式为RE3TaO7取RE2O3粉末溶入浓硝酸中,使pH值低于1.5,将TaOCl3溶液逐滴加入,并不断搅拌,同时加入氨水使体系pH稳定在9 10,在水浴环境内继续搅拌,用无~
水乙醇或去离子水先后洗涤沉淀,直至pH=7,将得到的滤饼置于烘箱内烘干,然后过筛并在中温环境下进行烧结,将烧结后的粉末再次过筛备用;
步骤2:将步骤1所制备的粉末与其质量不低于30wt.%的水混合获得浆料A,将浆料A与粘结剂以及聚乙二醇、正辛醇、增粘剂和增孔剂混合获得浆料B,再将浆料B送入离心喷雾干燥机对其进行离心喷雾造粒,得到粉体颗粒尺寸为30‑70μm的球形稀土钽酸盐粉末;
所述步骤1中TaOCl3溶液滴加速度为200~400 mL/min,水浴温度为50~100℃ ,搅拌时间为30 120 min,烘干温度为80 120℃ ,时间为5 10 h;中温烧结温度为900‑1100℃ ,时间~ ~ ~
为3‑5 h,所用筛子为300 500目。
~
2.根据权利要求1所述的一种稀土钽酸盐RE3TaO7热障涂层,其特征在于:所述多元梯度涂层的梯度层数n为6 21层。
~
3.根据权利要求2所述的一种稀土钽酸盐RE3TaO7热障涂层,其特征在于:步骤2中,粘结剂含量为0.5 3wt.%,添加剂含量为0.1 1wt.%,浆料B的进料速度控制在300 500 mL/h,喷~ ~ ~
雾离心速度为8000 10000 r/min。
~
4.一种制备如权利要求2所述的稀土钽酸盐RE3TaO7热障涂层的方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:取两种以上不同稀土元素的钽酸盐陶瓷粉末混合成n份混合陶瓷粉体,n份混合陶瓷粉体中至少一种以上的钽酸盐陶瓷组份的体积分数为连续递增或递减的变化;
步骤2:将步骤1得到的n份混合陶瓷粉体依次沉积到基体材料上得到多元梯度的稀土钽酸盐热障涂层;
所述步骤2中采用APS、HVOF、EB‑PVD或者超音速电弧喷涂法进行涂层沉积处理。
5.根据权利要求4所述的一种稀土钽酸盐RE3TaO7热障涂层的制备方法,其特征在于:所述步骤2中在基体材料表面预先沉积厚度为100 150μm的金属粘结层,金属粘结层的成分为~
MCrAlY,其中M为Ni或Co。
说明书 :
一种稀土钽酸盐RE3TaO7热障涂层及其制备方法
技术领域
背景技术
钇稳定氧化锆 (6‑8 YSZ) 和锆酸镧 (La2Zr2O7),这两种陶瓷均有一定程度的不足:6‑8YSZ
‑1 ‑1
的使用温度较低(≤ 1200 °C),热导率也较高(约2.5W·m ·K ,900°C),La2Zr2O7则有着
热膨胀系数较低的问题,随着发动机和燃气轮机高推重比,高出口温度的未来发展需要,寻
找新型热障涂层材料迫在眉睫。
RE3TaO7陶瓷的热物理和力学性能也相继得到关注,Li Chen 等人制备了稀土钽酸盐
(RE3TaO7) 致密块体试样的并对其热力学性质等方面进行了研究,而对该材料在热障涂层
领域的使用目前处于研究状态中,而要如何最大化的体现出稀土钽酸盐(RE3TaO7)对基体合
金的保护作用依旧是当前研究的重点。
发明内容
或递减的变化。
样的方式能够保证热障涂层具备原本稀土钽酸盐RE3TaO7的高膨胀系数,同时其热导率也大
‑1 ‑1
幅度的下降,通过实验检测得到热导率未超过1.15W·m ·K ,满足热障涂层对低热导率
的需求。
一点在于,在各梯度涂层沉积过程中,每一层的成分还会不断的扩散,使得界面效应继续减
弱,从而使得热导率下降。
层热导率较低。
度层之间成分的扩散效果,又符合实际的沉积工艺难度。
~
用无水乙醇或去离子水先后洗涤沉淀,直至pH=7,将得到的滤饼置于烘箱内烘干,然后过筛
并在中温环境下进行烧结,将烧结后的粉末再次过筛备用;
雾干燥机对其进行离心喷雾造粒,得到粉体颗粒尺寸为30‑70μm的球形稀土钽酸盐粉末。
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1100°C,时间为3‑5 h,所用筛子为300 500目。
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料速度控制在300 500 mL/h,喷雾离心速度为8000 10000 r/min。
~ ~
金属粘结层的成分为MCrAlY,其中M为Ni或Co。
具体实施方式
所示。
水使体系pH稳定在9 10,搅拌1小时后,在60°C水浴环境内继续搅拌120 min,然后用去离子
~
水不断洗涤沉淀,直至pH=7,将得到的滤饼置于120°C烘箱内烘干5h,然后过300目筛并在
900°C进行5 h烧结,将烧结后的粉末再次过500目筛备用。
浆料B,然后将浆料B送入离心喷雾干燥机对其进行离心喷雾造粒,干燥气体为N2,进料速度
控制在350 mL/h,离心速度为9000 r/min,喷雾干燥机的进口和出口温度分别为 350°C和
170 °C,即可获得粉体颗粒尺寸介于20‑80 μm的稀土钽酸盐(Gd3TaO7)球形粉末。
得到的6份混合陶瓷粉体依次沉积到金属粘接层上得到多元梯度的稀土钽酸盐热障涂层,
该涂层的厚度为150μm。
1 100 0
2 80 20
3 60 40
4 40 60
5 20 80
6 0 100
1 100 0
2 90 10
3 80 20
4 70 30
5 60 40
6 50 50
7 40 60
8 30 70
9 20 80
10 10 90
11 0 100
1 100 0
2 95 5
3 90 10
4 85 15
5 80 20
6 75 25
7 70 30
8 65 35
9 60 40
10 55 45
11 50 50
12 45 55
13 40 60
14 35 65
15 30 70
16 25 75
17 20 80
18 15 85
19 10 90
20 5 95
21 0 100
Gd3TaO7、Lu3TaO7和Sc3TaO7的体积分数见下表4所示。
1 50 0 50 0
2 45 5 45 5
3 40 10 40 10
4 35 15 35 15
5 30 20 30 20
6 25 25 25 25
7 20 30 20 30
8 15 35 15 35
9 10 40 10 40
10 5 45 5 45
11 0 50 0 50
度为150μm。
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
热导率(W·m‑1·K‑1) 1.13 1.11 1.07 1.10 1.25 1.72
热导率明显偏高,而采用高温烧结得到的稀土钽酸盐粉体虽热导率满足热障涂层的需求,
但仍然要高于本申请中采用共沉淀法制备的陶瓷粉末。
土钽酸盐(RE3TaO7)的高膨胀系数,同时其热导率也大幅度的下降,原因在于采用这样的方
式进行沉积得到的热障涂层,各梯度涂层之间成分呈渐变的形式,各梯度涂层之间形成的
界面少,使得界面效应弱,同时最重要的一点在于,在各梯度涂层沉积过程中,每一层的成
分还会不断的扩散,使得界面效应继续减弱,从而使得热导率下降,而本申请中实施例3的
热导率最低,说明梯度层数越高,对热导率的改善越显著。
若干变形和改进,这些也应该视为本发明的保护范围,这些都不会影响本发明实施的效果
和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准,说明书中的具体
实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。