【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高性能涂层，特别是涉及可磨耗封严涂层及其制备方法、涡轮外环和应用。
技术介绍
1、应用于航空发动机涡轮外环的可磨耗封严涂层能够改善旋转部件和固定部件之间的动态密封，降低油耗并提升发动机整体效率。发动机服役过程中，可磨耗封严涂层作为牺牲层，在叶片旋转时被叶尖磨损和刮削，为避免叶尖损伤，要求涂层具有优异的可磨耗性能。同时，封严涂层需面对高速气流冲刷，而且其设计厚度一般较大，容易出现涂层分层剥离的问题。因此，亟需开发一种具有较好可磨耗性能、与基体结合紧密且成本可控的可磨耗封严涂层。
技术实现思路
1、基于此，本申请的目的包括提供一种包括金属粘结层和复合陶瓷层的可磨耗封严涂层，其中复合陶瓷层内在垂直于金属粘结层方向上的陶瓷柱状晶和颗粒具有分布梯度，可以以较低的成本实现兼具较好的可磨耗性、与金属基材的结合程度和抗热震性能。还提供一种可磨耗封严涂层及其制备方法、涡轮外环和应用。
2、本申请的第一方面，提供一种可磨耗封严涂层，所述可磨耗封严涂层设置于金属基材上；所述的金属基材为高温合金基材；
3、所述可磨耗封严涂层包括金属粘结层和复合陶瓷层；所述金属粘结层设置于所述金属基材上，所述复合陶瓷层设置于所述金属粘结层上远离所述金属基材的一侧；
4、所述复合陶瓷层包括柱状晶和填充在所述柱状晶间隙的颗粒；所述柱状晶和所述颗粒的成分各自独立地包含、锆酸钆、氧化镱掺杂锆酸钆中的一种或多种；
5、自所述复合陶瓷层中靠近所述金属粘结层表面至所述复合陶瓷
6、所述复合陶瓷层包括若干亚层，所述亚层通过沿所述第一方向上柱状晶晶粒之间的不连续区域来区分，所述亚层包括从该层柱状晶底部开始沿所述第一方向到达下一层柱状晶底部的范围；沿所述第一方向，每个亚层中柱状晶的体积百分比梯度递减，每个亚层中颗粒的体积百分比梯度递增。
7、在一些实施方式中，所述的可磨耗封严涂层中，所述复合陶瓷层包括至少i个亚层，i≥2；
8、所述复合陶瓷层的每个亚层包括柱状晶和填充在所述柱状晶间隙的颗粒；所述柱状晶和所述颗粒的成分各自独立地包含、锆酸钆、氧化镱掺杂锆酸钆中的一种或多种；
9、所述相邻两个亚层之间，分布有较高体积分数的颗粒，作为相邻亚层之间的分界；
10、沿所述第一方向，从小到大对亚层进行编号，并将第i亚层和第i+1亚层中柱状晶占亚层的体积百分比分别记为ai和ai+1，将第i亚层和第i+1亚层中颗粒占亚层的体积百分比分别记为bi和bi+1，将第i亚层和第i+1亚层中孔隙占亚层的体积百分比(孔隙率)分别记为ci和ci+1，将第i亚层和第i+1亚层的厚度分别记为di和di+1，满足ai＞ai+1，bi＜bi+1，ci＜ci+1和di＞di+1中的一个条件或多个条件；所述亚层厚度是指从该层柱状晶底部开始沿垂直于粘结层方向向上到达下一层柱状晶底部的最短距离。
11、在一些实施方式中，所述的可磨耗封严涂层中，沿所述第一方向，所述复合陶瓷层至少包括第一亚层和第二亚层；
12、所述第一亚层中所述柱状晶占第一亚层的体积百分比为70％～95％，所述第一亚层中所述颗粒占第一亚层的体积百分比为5％～30％，所述第一亚层的厚度为8μm～120μm；
13、所述第二亚层中所述柱状晶占第二亚层的体积百分比为60％～85％，所述第二亚层中所述颗粒占第二亚层的体积百分比为10％～40％，所述第二亚层的厚度为8μm～120μm。
14、在一些实施方式中，所述的可磨耗封严涂层，其满足如下特征中的一个或多个：
15、所述金属粘结层包括mcraly、nial和niptal中的一种，mcraly中的m元素选自ni和co中的至少一种；
16、所述金属粘结层的厚度为30μm～100μm。
17、在一些实施方式中，所述的可磨耗封严涂层，其满足如下特征中的一个或多个：
18、所述复合陶瓷层的厚度为70μm～300μm；
19、所述复合陶瓷层的每一个所述亚层的厚度为8μm～120μm；
20、所述复合陶瓷层的每一个所述亚层中的所述柱状晶的宽度为10μm～40μm；
21、所述复合陶瓷层的每一个所述亚层中的所述柱状晶的长度为8μm～120μm；
22、所述复合陶瓷层的每一个所述亚层中的所述颗粒的平均粒径为0.5μm～10μm。
23、本申请的第二方面，提供一种可磨耗封严涂层的制备方法，包括以下步骤：
24、高温合金基材的预处理：对高温合金基材进行预处理，所述预处理包括对高温合金基材进行打磨、抛光、超声清洗和烘干处理；
25、金属粘结层的制备：在所述高温合金基材的一侧沉积金属粘结层并进行真空热处理，获得金属粘结层；
26、复合陶瓷层的制备：在所述金属粘结层远离所述高温合金基材的一侧沉积复合陶瓷层，获得所述复合陶瓷层；所述复合陶瓷层包括至少2个亚层，所述复合陶瓷层的每个亚层包括柱状晶和填充在所述柱状晶间隙的颗粒；所述复合陶瓷层中沿所述第一方向，每个亚层中的柱状晶和颗粒呈梯度分布；所述柱状晶和所述颗粒的成分各自独立地包含氧化钇稳定氧化锆、锆酸钆、氧化镱掺杂锆酸钆中的一种或多种。
27、在一些实施方式中，所述的制备方法中，满足如下特征中的一个或多个：
28、在所述高温合金基材的一侧沉积所述金属粘结层的方法选自多弧离子镀、电子束物理气相沉积和电镀-渗铝中的一种或多种；
29、在所述金属粘结层远离所述高温合金基材的一侧沉积所述复合陶瓷层的方法选择等离子物理气相沉积法。
30、在一些实施方式中，所述的制备方法中，采用等离子物理气相沉积法在所述金属粘结层远离所述高温合金基材的一侧沉积所述复合陶瓷层时，满足如下特征中的一个或多个：
31、用于沉积所述复合陶瓷层的材料包括陶瓷材料粉末，所述陶瓷材料粉末的平均粒径d50为10μm～100μm，所述陶瓷材料的成分包含氧化钇稳定氧化锆、锆酸钆、氧化镱掺杂锆酸钆中的一种或多种；
32、真空度设定为1mbar～5mbar；
33、样品的预热温度设定为600℃～800℃；
34、气氛为惰性气体，所述惰性气体选自氩气和氦气中的至少一种；
35、采用氦气作为等离子气体时，氦气的流速为40l/min～80l/min；
36、采用氩气作为等离子气体时，氩气的流速为20l/min～40l/min；
37、送粉载气为氩气，送粉速率设定为4g/min～14g/min；
38、喷枪与沉积表面的距离设定为800mm～1600mm；
39、电流设定为1200a～2200a；
40、功率设定为45kw～65kw。
41、本申请的第三方面，提供一种涡轮外环，所述涡轮外环表面设置有第一方面所述的可磨耗封严本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可磨耗封严涂层，其特征在于，所述可磨耗封严涂层设置于金属基材上；所述的金属基材为高温合金基材；
2.根据权利要求1所述的可磨耗封严涂层，其特征在于，所述复合陶瓷层包括至少i个亚层，i≥2；
3.根据权利要求2所述的可磨耗封严涂层，其特征在于，沿所述第一方向，所述复合陶瓷层至少包括第一亚层和第二亚层；
4.根据权利要求1所述的可磨耗封严涂层，其特征在于，满足如下特征中的一个或多个：
5.根据权利要求1所述的可磨耗封严涂层，其特征在于，满足如下特征中的一个或多个：
6.一种可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，满足如下特征中的一个或多个：
8.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于，采用等离子物理气相沉积法在所述金属粘结层远离所述高温合金基材的一侧沉积所述复合陶瓷层时，满足如下特征中的一个或多个：
9.一种涡轮外环，其特征在于，所述涡轮外环表面设置有权利要求1～4中所述的可磨耗封严涂层或权利要求5～8中任一项所述的制备方法
10.一种权利要求1～4中所述的可磨耗封严涂层或权利要求5～8中任一项所述的制备方法制备得到的可磨耗封严涂层在制造航空发动机组件中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种可磨耗封严涂层，其特征在于，所述可磨耗封严涂层设置于金属基材上；所述的金属基材为高温合金基材；
2.根据权利要求1所述的可磨耗封严涂层，其特征在于，所述复合陶瓷层包括至少i个亚层，i≥2；
3.根据权利要求2所述的可磨耗封严涂层，其特征在于，沿所述第一方向，所述复合陶瓷层至少包括第一亚层和第二亚层；
4.根据权利要求1所述的可磨耗封严涂层，其特征在于，满足如下特征中的一个或多个：
5.根据权利要求1所述的可磨耗封严涂层，其特征在于，满足如下特征中的一个或多个：
6.一种可磨耗封严涂层的制备方法，其特征在于，包括以...
【专利技术属性】
技术研发人员：何健，周琪杰，文娇，郭谦，魏亮亮，郭洪波，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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