一种微米级多孔结构热障涂层粉末及其制备方法技术

一种微米级多孔结构热障涂层粉末及其制备方法，属于涂层材料技术领域。制备方法包括以下步骤：S1、悬浮液配制；将原料为氢氧化物与无水乙醇或去离子水的混合液直接进行高速球磨混合，得到悬浮液；S2、等离子处理：将步骤S1中所述的悬浮液采用感应等离子体法进行处理，通过雾化、加热分解、团聚，之后通入冷却气体冷却，得到多孔结构热障涂层粉末；S3、粉末收集。多孔结构热障涂层粉末，所述粉末粒度D50处于6~9μm，压溃强度5MPa~20MPa，松装密度1.1g/cm3以下，所述粉末内部孔隙直径为0.5~4μm，所述粉末比表面积为2.0~2.5m2/g。具有流程短、制备工艺简单，制备粉体纯度高、内部结构疏松多孔、压溃强度适中、粒径细小均匀的优点。粒径细小均匀的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种微米级多孔结构热障涂层粉末及其制备方法


[0001]本申请涉及涂层材料
，具体而言，涉及一种等离子物理气相沉积用多孔结构热障涂层粉末及其制备方法。

技术介绍

[0002]等离子物理气相沉积技术是近年来基于低压等离子喷涂发展而来的新一代等离子喷涂技术，融合了大气等离子喷涂和电子束物理气相沉积的优点，可实现粉末粒子气、固、液沉积。等离子物理气相沉积技术可制备隔热性能好、抗热震性能优异的具有类柱状晶结构热障涂层，此外还具有沉积效率高以及可实现非视线热障涂层沉积的优点，该技术已成为制备未来先进航空发动机热障涂层的最有前景的技术之一。
[0003]在等离子物理气相沉积过程中，实现类柱状晶结构的热障涂层的制备需满足的条件之一为采用的热障涂层粉末材料在等离子射流中实现充分的气化。然而，热障涂层粉末材料在等离子射流中的气化程度与喷涂材料本身的特性密切相关。一定粒度范围内的粉末，具有一定压溃强度内部具有疏松多孔的结构更有利于粉末颗粒在等离子射流中的充分气化。
[0004]目前，制备这种等离子物理气相沉积用的热障涂层粉末材料的方法之一是喷雾干燥团聚造粒工艺。采用此方法在制备过程中需要加入一定量的粘结剂、分散剂等有机溶剂，而造粒后团聚粉末中的有机物往往不容易去除，在热喷涂过程中引入杂质成分，影响涂层性能；喷雾干燥团聚造粒工艺采用与热障涂层相应的金属盐（碳酸盐、氯氧化物等）作为原料，金属盐分解不可避免的引入杂质成分，影响涂层性能；传统的加热方法（炭化炉加热、热处理炉加热）进行喷雾干燥制备出的粉末，粉体致密，松装密度高，无法满足等离子物理气相沉积过程中对热障涂层粉末气化性能要求，另外，在喷涂过程中容易腐蚀喷枪部件，引起设备损坏，并且该工艺环节较复杂，工艺流程较长。现有技术中存在利用等离子体处理获得纳米级热障涂层粉末颗粒，但是由于采用金属盐（碳酸盐、氯氧化物等）作为原料获得超细纳米粉末，金属盐分解不可避免的引入杂质成分，影响粉末纯度。
[0005]因此，为了解决现有技术的问题，急需专利技术一种具有较高纯度的气化特性好的微米级多孔结构热障涂层粉末及其制备方法，满足等离子物理气相沉积热障涂层制备需求。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本申请目的在于提供一种具有较高纯度的气化特性好的微米级多孔结构热障涂层粉末及其制备方法，具有流程短、制备工艺简单，制备粉体纯度高、内部结构疏松多孔、压溃强度适中、粒径细小均匀的优点。
[0007]在第一方面，本申请示例提供了一种具有较高纯度的气化特性好的微米级多孔结构热障涂层粉末的制备方法，包括以下步骤：S1、悬浮液配制：根据热障涂层成分要求配制固体原料，所述固体原料为氢氧化物，将所述氢氧化
物与无水乙醇或去离子水进行混合，然后将原料为氢氧化物与无水乙醇或去离子水的混合液直接进行高速球磨混合，得到悬浮液；S2、等离子处理：应用悬浮液送粉器将步骤S1中所述的悬浮液送入感应等离子体发生装置中，将步骤S1中所述的悬浮液采用感应等离子体法进行处理，通过雾化气体雾化悬浮液形成颗粒，雾化后的颗粒经感应等离子体加热后分解、团聚，之后通入冷却气体冷却，得到多孔结构热障涂层粉末；S3、粉末收集：收集所述感应等离子体发生装置中所述粉末，进行粒度分级，获得微米级多孔结构热障涂层粉末。
[0008]在第二方面，本申请示例提供了一种微米级多孔结构热障涂层粉末，其由本申请第一方面提供的制备方法制得。
[0009]其中，所述多孔结构热障涂层粉末内部孔隙直径为0.5~4μm，所述粉末比表面积为2.0~2.5 m2/g，所述粉末粒度D50处于6~9μm，压溃强度5MPa~20MPa，松装密度1.1g/cm3以下。
[0010]本申请实施例提供的微米级多孔结构热障涂层粉末及其制备方法，有益效果包括：该制备方法由氢氧化物与无水乙醇或去离子水进行混合直接制备悬浮液用于等离子处理，获得微米级多孔结构热障涂层粉末，流程短、制备工艺简单；不含金属盐原料、粘结剂、分散剂等有机物引入的杂质成分，粉末纯度高；等离子加热处理后通入冷却气体冷却，对等离子加热的粉末进行降温，通过对等离子体温度控制，使等离子处理过程更易控制，避免粉体过度受热导致粉体局部过度熔化、粉体致密化，能有效提高粉体孔隙度，降低松装密度。
具体实施方式
[0011]下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0012]以下针对本申请实施例的微米级多孔结构热障涂层粉末及其制备方法进行具体说明：在第一方面，本申请示例提供了一种具有较高纯度的气化特性好的微米级多孔结构热障涂层粉末的制备方法，包括以下步骤：S1、悬浮液配制：根据热障涂层成分要求配制固体原料，所述固体原料为氢氧化物，可理解的是：热障涂层成分一般为锆氧化物（如：ZrO2）、稀土氧化物（如：Gd2O3、Yb2O
3、
Y2O3、La2O3等）等金属氧化物，根据热障涂层成分的不同，固体原料应为与热障涂层成分中氧化物相对应的一种或一种以上的氢氧化物混合物，将所述氢氧化物与无水乙醇或去离子水进行混合，然后将原料为氢氧化物与无水乙醇或去离子水的混合液直接进行高速球磨混合，得到悬浮液；有研究采用氯氧化锆和含锆盐Zr2O(CO3)
·
xH2O混合，通过等离子处理获得热障涂
层粉末，但是获得的热障涂层粉末是致密的球形的纳米粉末，且在制备过程中必须加入分散剂等有机溶剂，以确保等离子处理时溶液的稳定，氯氧化锆在等离子处理过程中分解的含Cl的产物不可避免的残存在粉体中，含锆盐Zr2O(CO3)
·
xH2O在等离子处理过程中可能分解出游离态C残存在粉体中，有研究表明热障涂层中夹杂会影响热障涂层的性能；在传统热障涂层粉体制备过程中必须加入一定量的粘结剂、分散剂等有机溶剂，造粒后团聚粉末中的有机物往往不容易去除，在热喷涂过程中引入杂质成分，同样会影响涂层性能。专利技术人发现，直接采用氢氧化物与无水乙醇或去离子水进行混合获得悬浮液进行等离子处理得到的粉体，很好的解决了上述问题，不再加入分散剂等有机物，氢氧化物中H很容易去除，热障涂层不再有残存上述杂质的可能，能提高粉体纯度；直接使用氢氧化物原料，也避免了获得氯氧化锆和含锆盐Zr2O(CO3)
·
xH2O等金属盐采用的复杂的物理、化学反应过程，可直接从原料制得热障涂层粉末，工艺流程短、制备工艺简单。
[0013]进一步，悬浮液中液体材料选择无水乙醇，等离子处理过程中无水乙醇可能发生不必要的离解（如：等离子体离解醇类生成纳米金刚石等），从而导致热障涂层粉体中杂质的残存，专利技术人发现液体材料使用去离子水是一种更好的选择。
[0014]S2、等离子处理：应用悬浮液送粉器将步骤S1中所述的悬浮液送入感应等离子体发生装置中，将步骤S1中所述的悬本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微米级多孔结构热障涂层粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、悬浮液配制：根据热障涂层成分要求配制固体原料，所述固体原料为氢氧化物，将所述氢氧化物与无水乙醇或去离子水进行混合，然后将原料为氢氧化物与无水乙醇或去离子水的混合液直接进行高速球磨混合，得到悬浮液；S2、等离子处理：应用悬浮液送粉器将步骤S1中所述的悬浮液送入感应等离子体发生装置中，将步骤S1中所述的悬浮液采用感应等离子体法进行处理，通过雾化气体雾化悬浮液形成颗粒，雾化后的颗粒经感应等离子体加热后分解、团聚，之后通入冷却气体冷却，得到多孔结构热障涂层粉末；S3、粉末收集：收集所述感应等离子体发生装置中所述粉末，进行粒度分级，获得微米级多孔结构热障涂层粉末。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述氢氧化物与去离子水的质量比为1:3~1:7。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述的高速球磨的球磨转速为450~600r/min，球磨时间为6.5~9.0小时。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述感应等离子体法进行处理的等离子体的功率控制在8~28kW，工作频率2.0~4.0Hz，所述雾化气体的流量控制在4~7L/min，等离子体的工作气...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鑫，彭浩然，贾芳，章德铭，原慷，卢晓亮，
申请(专利权)人：北矿新材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：