本發(fā)明屬于封嚴涂層，具體涉及一種雙陶瓷層結構可磨耗封嚴涂層及其制備方法。

背景技術：

1、涂層應用的發(fā)展自上世紀50年代開始，70年代初有了一定的規(guī)模。其中p&w公司在其發(fā)動機產品上對2800個零件使用涂層技術，英國的rolls-royce公司貝斯發(fā)動機采用八種熱噴涂涂層，用于將近200多個零件。目前為了應對復雜的發(fā)動機工況，保護發(fā)動機主體部件的正常工作，對新型航空發(fā)動機各個部件的噴涂達3000多處。國內涂層技術的研究相較于國外起步較晚，早期研究工作主要是從國外引進粉料自主研制涂層，并在應用中取得一定成果。國外對可磨耗封嚴涂層的制備技術相對成熟，現階段已發(fā)展出20多種制備可磨耗封嚴涂層的粉料體系，包含了應用于發(fā)動機各個部件的涂層。國內在封嚴涂層方面的研究起步較晚，大多研究的封嚴涂層體系還在理論研究和試驗制備階段，實際應用于生產使用的航空發(fā)動機涂層只有小部分。

2、航空業(yè)發(fā)展對世界政治、軍事、經濟以及人們生活有著重要影響。航空發(fā)動機作為飛機動力裝置，對飛機的性能有著決定性的影響,因此國內外極其關注提升航空發(fā)動機的效率問題。高溫可磨耗封嚴涂層涂覆于航空發(fā)動機中渦輪機機匣內壁，起到保護葉片，降低油耗，提高發(fā)動機效率的作用。開展封嚴涂層技術研究對推動我國航空工業(yè)發(fā)展，繼而推進國民經濟發(fā)展和國防事業(yè)進步有著極其重要的意義。

3、封嚴涂層的主要結構形式有單層結構、雙層結構和多層結構，最初采用的單層結構是直接將材料噴涂到機匣上，但是這種結構的涂層與基體間的熱膨脹系數相差較大，極易產生熱失配，使涂層在熱循環(huán)過程中很快的剝落，隨著技術的發(fā)展，逐漸有了雙層結構，即在基體與陶瓷層之間增加一層粘結層，以緩解涂層在熱循環(huán)過程中產生的熱應力，目前這種雙層結構被廣泛的應用于封嚴涂層的制備。

4、隨著航空發(fā)動機工作溫度的不斷提高，可磨耗封嚴涂層工作條件更加惡劣，單一的陶瓷層已經無法滿足惡劣的工作環(huán)境，為提高涂層高溫下力學性能和抗氧化性，延長涂層使用壽命，許多的研究人員開始嘗試研究多陶瓷層結構和復合陶瓷結構。

5、公開號為cn112759950a的專利申請文件公開了一種ysz/石墨烯復合封嚴涂層及其制備方法，通過在ysz中摻雜石墨烯作為陶瓷層制備了一種高韌性、良好的耐磨性和熱穩(wěn)定性的封嚴涂層。但是由于其未考核封嚴涂層的抗熱沖擊性能，所以不能說明其所制備的封嚴涂層在高溫服役環(huán)境下的性能。

6、公開號為cn115874135a的專利申請文件公開了一種雙陶瓷層耐磨自潤滑涂層及其制備方法，通過噴涂鎳鉻/碳化鉻+含氟化物鎳鉻/碳化鉻共晶體nicr/cr3?c2+nicr/cr3c2?baf2·caf2作為中間層，含氟化鈣、氟化鋇共晶體及銀的鎳鉻/碳化鉻nicr/cr3?c2-baf2·ca?f2+ag作為面層制備了雙陶瓷層結構的涂層，該涂層具有令人滿意的結合強度和抗剝落能力。但由于其沒有對該涂層的最高服役溫度進行測試，所以不能說明該涂層能否服役于更加嚴峻的航空環(huán)境中。

技術實現思路

1、為了克服上述現有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種雙陶瓷層結構可磨耗封嚴涂層及其制備方法，通過在傳統(tǒng)的ysz單層陶瓷層上制備一層具有較高熔點、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和抗氧化性的ha6ta2o17陶瓷層，采用雙陶瓷層結構能夠使封嚴涂層服役于更高溫度的服役環(huán)境且具有優(yōu)異的抗熱沖擊性能，克服了單層ysz陶瓷層在1200℃由于相變而容易剝落的問題，提升了涂層的服役溫度。

2、為了實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：

3、一種雙陶瓷層結構可磨耗封嚴涂層，包括依次層疊設置的鎳基高溫合金基底---粘結層---陶瓷底層---陶瓷頂層，所述陶瓷底層，其原料包括ysz陶瓷粉體和造孔劑，按照質量比計，ysz陶瓷粉體：造孔劑＝(95～97)：(3～5)；所述陶瓷頂層，其原料包括ha6ta2o17陶瓷粉體和造孔劑，按照質量比計，ha6ta2o17陶瓷粉體：造孔劑＝(95～97)：(3～5)。

4、所述粘結層材料包括nicraly合金粉末或ptal合金粉末。

5、所述ha6ta2o17陶瓷粉體，其原料包括氧化鉿粉體和氧化鉭粉體，按照質量比計，氧化鉿粉體：氧化鉭粉體＝(70～74)：(26～30)。

6、所述ysz陶瓷粉體為8wt％y2o3部分穩(wěn)定的zro2。

7、所述造孔劑為高溫易分解且不會對涂層產生負面影響的材料，包括碳酸鈣或聚酯或聚苯酯。

8、一種雙陶瓷層結構可磨耗封嚴涂層的制備方法，包括以下步驟：

9、步驟1，按照質量比計，將氧化鉿粉體：氧化鉭粉體：無水乙醇＝(70～74)：(26～30)：(116-120)進行球磨混合，轉速為250～350r/min的條件下，球磨6～8h，得到混合均勻的粉體混合液，將粉體混合液在80～100℃烘干20～24h，得到混合均勻的待燒結粉體，將待燒結粉體進行燒結，燒結溫度梯度設置為：50-500℃升溫速率為8-10℃/min，500-900℃升溫速率為8-10℃/min，900-1250℃升溫速率為5-7℃/min，在1250～1300℃下保溫8-10h，得到ha6ta2o17陶瓷粉體；

10、步驟2，按照質量比計，將ysz陶瓷粉體：造孔劑：粘結劑：去離子水：無水乙醇＝(95～97)：(3～5)：(95～97)：(23.75～24.25)：(23.75～24.25)進行球磨混合，轉速為60～90r/min的條件下，球磨4-6h，得到y(tǒng)sz陶瓷基多相混合液；

11、步驟3，按照質量比計，將步驟1得到的ha6ta2o17陶瓷粉體：造孔劑：粘結劑：去離子水：無水乙醇＝(95～97)：(3～5)：(95～97)：(23.75～24.25)：(23.75～24.25)進行球磨混合，轉速為60～90r/min的條件下，球磨4-6h，得到ha6ta2o17陶瓷基多相混合液；

12、步驟4，將步驟2得到的ysz陶瓷基多相混合液和步驟3得到的ha6ta2o17陶瓷基多相混合液分別在噴霧造粒機設備中進行造粒處理，造粒機的進口溫度均為300-350℃，出口溫度均為100-120℃，噴頭轉速均為33～35r/min，所述ysz陶瓷基多相混合液蠕動泵的轉速為13～15r/min，ha6ta2o17陶瓷基多相混合液蠕動泵的轉速為16～18r/min，分別得到造粒后的ysz可噴涂陶瓷粉體和ha6ta2o17可噴涂陶瓷粉體；

13、步驟5：使用大氣等離子噴涂設備將粘結層噴涂在預處理過的鎳基高溫合金基底上，直至粘結層的厚度為100-150μm，得到鎳基高溫合金基底---粘結層，大氣等離子噴涂設備的噴涂電流為750-800a，電壓為40-45v；

14、步驟6：使用大氣等離子噴涂設備將步驟4得到的造粒后的ysz可噴涂陶瓷粉體噴涂在步驟5制備的鎳基高溫合金基底---粘結層表面，直至ysz陶瓷層的厚度為450-500μm，得到鎳基高溫合金基底---粘結層---ysz陶瓷層，大氣等離子噴涂設備的噴涂電流為750-800a，電壓為40-45v；

15、步驟7：使用大氣等離子噴涂設備將步驟4得到的造粒后的ha6ta2o17可噴涂陶瓷粉體噴涂在步驟6制備的鎳基高溫合金基底---粘結層---ysz陶瓷層表面，直至ha6ta2o17陶瓷層的厚度為150-200μm，得到鎳基高溫合金基底---粘結層---ysz陶瓷層---ha6ta2o17陶瓷層，大氣等離子噴涂設備的噴涂電流為750-800a，電壓為40-45v，即完成了ysz-ha6ta2o17雙陶瓷層封嚴涂層的制備。

16、所述步驟2和步驟3中的粘結劑包括聚乙烯醇溶液或改性乙烯聚合物。

17、所述步驟5中預處理過的鎳基高溫合金基底為經過砂紙打磨，再經過噴砂氧化鋁得到具有一定粗糙度的基底。

18、相對于現有技術，本發(fā)明的有益效果在于：

19、1.本發(fā)明通過在傳統(tǒng)ysz陶瓷層上制備一層新型ha6ta2o17陶瓷層，與傳統(tǒng)的單層ysz陶瓷層可磨耗封嚴涂層相比，實現了更高的服役溫度。

20、2.本發(fā)明通過在ha6ta2o17陶瓷層與鎳基合金基底之間采用ysz陶瓷層作為緩沖層，有效的緩解了ha6ta2o17陶瓷層與鎳基合金基底之間的熱失配，使ysz-ha6ta2o17雙陶瓷層封嚴涂層可以在高溫下有更好的抗熱震性能。

21、3.本發(fā)明通過高溫固相合成法制備了hf6ta2o17陶瓷粉末，制備工藝簡單，可批量生成。

22、4.本發(fā)明通過聚乙烯醇作為粘結劑，加入水和無水乙醇作為分散劑，調節(jié)送粉速率，進行噴霧造粒得到了球形度較高的ysz可噴涂陶瓷粉體和hf6ta2o17可噴涂陶瓷粉體，具有制備工藝簡單，成本低，可批量生產的特點。

23、綜上，本發(fā)明通過大氣等離子噴涂設備在鎳基高溫合金基底---粘結層表面依此噴涂ysz陶瓷層和ha6ta2o17陶瓷層完成了雙陶瓷層結構封嚴涂層的制備，相比于傳統(tǒng)的單層陶瓷層封嚴涂層，該涂層利用新材料ha6ta2o17的各種優(yōu)異特性，成功制備了雙陶瓷層封嚴涂層，本發(fā)明具有服役溫度高、涂層不易剝落、抗熱震性能好、制備工藝簡單的優(yōu)點。