申请/专利权人：安徽工程大学

申请日：2023-08-30

公开（公告）日：2024-05-10

公开（公告）号：CN117127137B

主分类号：C23C4/06

分类号：C23C4/06;C23C4/11;C23C4/073;C23C4/134;G05B11/42

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.10#授权;2023.12.15#实质审查的生效;2023.11.28#公开

摘要：本发明公开了一种多相镶嵌式渐变色热障涂层、制备方法及制备系统，包括：从下往上依次为合金基体、粘结层以及陶瓷层，其中，粘结层从下往上由单一合金金属粉末制备的粘结层和混合粉末制备的梯度渐变过渡层共同组成，陶瓷层从下往上由致密陶瓷层和多孔结构陶瓷顶层共同组成。本发明所提出的一种新型送粉工艺使得涂层微观结构得到改善，从而提高热障涂层的服役寿命。

主权项：1.一种多相镶嵌式渐变色热障涂层制备方法，其特征在于，用于实施一种多相镶嵌式渐变色热障涂层的制备系统，一种多相镶嵌式渐变色热障涂层的制备系统，包括：送粉装置；所述送粉装置包括1号送粉器、2号送粉器、3号送粉器，用于粉末颗粒的输出；其中，1号送粉器、2号送粉器设置在等离子焰流高温段，3号送粉器设置在等离子焰流低温段；等离子喷枪；所述等离子喷枪包括隔热壳体、等离子气体输入口、等离子焰流阳极出口、电机阴极、冷却水输入口、冷却水输出口、喷枪悬挂臂，所述等离子喷枪与送粉装置相配合进行喷涂；所述等离子喷枪主体包括所述隔热壳体，所述隔热壳体包括前端盖、后端盖和中部柱体，所述前端盖、后端盖固定在中部柱体内部两端，所述前端盖包括所述等离子焰流阳极出口，所述后端盖包括靠近中心的所述等离子气体输入口和靠近边界的冷却水输入口以及固定在后端盖的电极阴极，所述中部柱体包括侧部的冷却水输出口，所述喷枪悬挂臂通过绝缘体固定在隔热壳体的中部柱体上；供给系统；所述供给系统包括主电源、送粉箱、储气装置以及热交换器，所述供给系统与等离子喷枪和送粉装置相连接，提供直流电、粉末颗粒、气体以及冷却水；所述主电源、送粉箱、储气装置以及热交换器并列安放，所述主电源与热交换器、等离子喷枪、控制柜、转接箱连接，所述送粉箱与送粉装置连接，所述储气装置与等离子喷枪连接，所述热交换器与转接箱连接；控制系统；所述控制系统包括控制柜、转接箱，所述控制系统用于控制并连接等离子喷枪、送粉箱和热交换器；一种多相镶嵌式渐变色热障涂层制备方法，包括：S1.对合金基体表面进行预热处理；包括：对金属合金粉末、陶瓷粉末球磨处理；按下运行按钮，喷枪起弧、调整主气体压力为0.4MPa、辅助气体氢气压力为0.25MPa，喷枪功率为25KW，对合金基体表面进行预热处理；S2.在所述合金基体表面制备粘结层；所述粘结层包括单一合金金属粉末制备的金属粘结层和混合粉末制备的梯度渐变过渡层，其中所述金属粘结层靠近合金基体层，由单一的合金金属粉末通过单独送粉方式制备，所述梯度渐变过渡层靠近陶瓷层，由合金金属粉末和陶瓷粉末通过两相送粉方式制备；所述S2中制备所述梯度渐变过渡层包括：提供第一相粉末、第二相粉末为小粒陶瓷粉末颗粒和合金金属粉末颗粒；基于小粒陶瓷粉末颗粒和合金金属粉末颗粒，经等离子喷涂形成梯度层，若干层梯度层堆积形成梯度渐变过渡层；其中，每层两相粉末各自的体积占比率不同；制备所述粘结层包括：打开1号送粉器，2号送粉器、3号送粉器处于关闭状态，提供单一合金金属粉末颗粒制备金属粘结层，所述金属粘结层的喷涂设备的预设参数为：喷涂功率为30kW、喷涂距离为80mm、喷枪移动速率为100mms、送粉速率为20gmin、主气体氩气其压力为0.4MPa、辅助气体氢气压力为0.25MPa，制备所述金属粘结层完成后关闭1号送粉器停止送粉，调整喷枪功率至5KW、更换粉末颗粒；对所述金属粘结层表面进行预热处理，打开1号送粉器、2号送粉器，3号送粉器处于关闭状态，提供第一相陶瓷粉末颗粒、第二相金属合金粉末颗粒制备梯度渐变过渡层；其中，取m总梯度层数为100，则梯度变化率c为1％，由等离子喷涂制得第1层梯度层陶瓷粉末颗粒体积占比率a＝1％、金属合金粉末颗粒体积占比率b＝99％，第2梯度层：a＝2％、b＝98％、第3梯度层：a＝3％、b＝97％、......、第99梯度层：a＝99％、b＝1％、第100梯度层：a＝100％、b＝0％，依次堆积形成梯度渐变过渡层；所述梯度渐变过渡层的喷涂设备的预设参数为：喷涂功率为36kW、喷涂距离为80mm、主气体氩气其压力为0.4MPa、辅助气体氢气压力为0.25MPa，制备完成后关闭1号送粉器、2号送粉器停止送粉，调整喷枪功率至5KW、更换粉末颗粒，所制备梯度渐变过渡层总厚度控制在60μm；S3.在所述梯度渐变过渡层上表面经大气等离子喷涂形成致密陶瓷涂层；所述S3中制备所述致密陶瓷涂层包括：提供第一相陶瓷粉末、第二相陶瓷粉末为小粒径陶瓷粉末颗粒和大粒径陶瓷粉末颗粒；将小粒径陶瓷粉末颗粒经大气等离子喷涂形成致密涂层基体，将大粒径陶瓷粉末颗粒均匀镶嵌在致密涂层基体内，从而形成致密陶瓷涂层；S3具体包括：对梯度渐变过渡层表面进行预热，打开1号送粉器、2号送粉器，3号送粉器处于关闭状态，提供第一相小粒径15-25μm陶瓷粉末颗粒、第二相大粒径35-55μm陶瓷粉末颗粒制备所述致密陶瓷涂层；所述致密陶瓷涂层的喷涂设备的预设参数为：喷涂功率为36kW、喷涂距离为40mm、1号送粉器送粉速率为50gmin、2号送粉器送粉速率为8gmin、主气体氩气其压力为0.4MPa、辅助气体氢气压力为0.25MPa，制备完成后关闭1号送粉器、2号送粉器停止送粉，调整喷枪功率至5KW，所制备致密陶瓷涂层控制在120μm；S4.在所述致密陶瓷涂层上表面采用三相送粉工艺等离子喷涂形成多孔结构陶瓷顶层，所述多孔结构陶瓷顶层直接暴露在高温环境中；所述S4中制备所述多孔结构陶瓷顶层包括：提供第一相粉末、第二相粉末和第三相粉末为小粒径陶瓷粉末颗粒、大粒径陶瓷粉末颗粒和多孔球型颗粒；将小粒径陶瓷粉末颗粒经大气等离子喷涂形成致密涂层基体，将大粒径陶瓷粉末颗粒和多孔球型颗粒均匀镶嵌在涂层基体内，从而形成所述多孔隙结构陶瓷顶层；S4具体包括：对致密陶瓷涂层表面进行预热，打开1号送粉器、2号送粉器、3号送粉器，提供第一相小粒径15-25μm陶瓷粉末颗粒、第二相大粒径35-55μm陶瓷粉末颗粒制备致密陶瓷层、第三相35-70μm多孔球型颗粒制备多孔结构陶瓷顶层；所述多孔结构陶瓷顶层的喷涂设备的预设参数为：喷涂功率为36kW、喷涂距离为40mm、1号送粉器送粉速率为50gmin、2号送粉器送粉速率为8gmin、3号送粉器送粉速率为8gmin、主气体氩气其压力为0.4MPa、辅助气体氢气压力为0.25MPa，制备完成后关闭1号送粉器、2号送粉器、3号送粉器停止送粉，调整喷枪功率至5KW，按下运行停止按钮、关闭主电源、送气阀、热交换器，所制备多孔结构陶瓷顶层厚度控制在300μm。

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