本發(fā)明屬于激光熔覆制備熱障涂層粉末材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種金屬陶瓷粉末制備以及激光熔覆材料制備工藝。

背景技術(shù)：

隨著航空燃?xì)鉁u輪機(jī)向高流量比、高推重比、高渦輪進(jìn)口溫度方向發(fā)展，燃燒室的燃?xì)鉁囟群腿細(xì)鈮毫Σ粩嗵岣撸畿娪冒l(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度已達(dá)1800℃，預(yù)計(jì)燃燒室溫度將達(dá)到2000～2200℃.這樣高的溫度已超過現(xiàn)有高溫合金的熔點(diǎn)，因此必須采用相應(yīng)措施.除了改進(jìn)冷卻技術(shù)外，在高溫合金熱端部件表面制備熱障涂層(TBCs)也是有效手段，它可達(dá)到170℃或更高的隔熱效果，以滿足高性能發(fā)動(dòng)機(jī)降低溫度梯度、熱誘導(dǎo)應(yīng)力和基體材料服役穩(wěn)定的要求。

熱障涂層系統(tǒng)要求涂層不但有良好的隔熱效果，而且抗高溫氧化及熱沖擊.針對(duì)在腐蝕介質(zhì)的特殊要求，還要滿足高溫耐蝕性能。熱障涂層一般是由粘結(jié)層和耐熱性好隔熱性好的陶瓷保護(hù)功能涂層組成的復(fù)合型金屬陶瓷復(fù)合涂層系統(tǒng)，主要用于降低零部件表面的工作溫度，避免高溫氧化、腐蝕、磨損。粘結(jié)層材料普遍采用McrAlY合金(M＝Ni，Co或Ni+Co，Cr是鉻，Al是鋁，Y是釔)，起到抗氧化腐蝕、熱膨脹系數(shù)匹配的作用。表面層陶瓷材料普遍采用氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯(Yttria Stabilized Zirco-nia，YSZ)，因?yàn)閅SZ具有較低的熱導(dǎo)率和較高的熱膨脹系數(shù)。本實(shí)驗(yàn)中McrAlY合金涂層中添加一定量的Ni，可以改善抗熱腐蝕能力，采用NiCrAlY涂層，具有耐熱耐磨抗腐蝕、抗蠕變、抗高溫氧化以及高的硬性和好的韌性等多方面的優(yōu)越性能。由NiCrAlY與YSZ顆粒的顯微圖，發(fā)現(xiàn)球形NiCrAlY與類球形YSZ顆粒，采用傳統(tǒng)的等離子噴涂則會(huì)在顆粒與顆粒之間產(chǎn)生大量的孔隙和空洞。熱障涂層一般在陶瓷層和基體金屬之間采用成分、結(jié)構(gòu)連續(xù)變化的梯度系統(tǒng)。它可以減小陶瓷層與粘結(jié)底層因線膨脹系數(shù)不同而引起的內(nèi)應(yīng)力，提高涂層的結(jié)合強(qiáng)度和抗熱震性能。這種涂層消除了層狀結(jié)構(gòu)的明顯層間界面，使力學(xué)性能和線膨脹系數(shù)連續(xù)過渡，因此得到研究人員的廣泛重視。

本實(shí)驗(yàn)采用的熔覆材料是NiCrAlY包覆YSZ粉末，需要在YSZ表面均勻的包覆一層NiCrAlY粉末(按不同重量比例設(shè)計(jì)包覆材料)。本實(shí)驗(yàn)利用高壓水霧法制作合金粉末，區(qū)別于傳統(tǒng)的水霧化法，高壓水霧法制作合金包覆粉末的工藝制得的產(chǎn)物經(jīng)沉淀、過濾能夠獲得細(xì)的包覆粉末，而且不存在粉末流失的情況。

激光熔覆技術(shù)是利用高能量密度激光束在金屬表面輻照，通過迅速熔化、擴(kuò)展和迅速凝固，在基材表面形成與其冶金結(jié)合的，具有特殊的物理、化學(xué)或力學(xué)性能的材料，從而顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等性能。與其他表面強(qiáng)化技術(shù)相比，激光熔覆技術(shù)具有冷卻速度快，組織為典型的快速凝固特征，熱輸入和畸變較小，涂層稀釋率低，且與基體呈冶金結(jié)合，粉末選擇沒有太多限制，特別是可以在低熔點(diǎn)金屬表面熔覆高熔點(diǎn)合金，熔覆表面區(qū)域的可精確選擇，材料消耗少等優(yōu)點(diǎn)。因此，激光熔覆技術(shù)已引起了廣泛的關(guān)注和重視，并已得到廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)有的熱障涂層的制備工藝存在一些不足，如專利200910186673.X公開了一種熱障涂層梯度粘結(jié)層的制備方法，采用激光感應(yīng)復(fù)合熔覆完一層涂層之后，將激光頭、感應(yīng)加熱線圈和粉末噴嘴返回到上一涂層激光感應(yīng)復(fù)合熔覆時(shí)的起始位置，并沿Z軸上升到上一涂層的厚度距離，這樣的制備工藝與多層結(jié)構(gòu)的粘結(jié)層存在相同的弊端，對(duì)抗熱震性能改善不大，而且工藝復(fù)雜。

因此，找到一種良好的熱障涂層粘結(jié)層制備工藝是十分重要的。本發(fā)明介紹一種 NiCrAlY合金包覆YSZ粉末材料及涂層制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述不足，通過激光熔覆NiCrAlY合金包覆YSZ粉末材料制備熱障涂層的粘接層，優(yōu)化工藝，進(jìn)一步提高陶瓷層與金屬基體的結(jié)合度，激光熔覆涂層具有良好的硬度、耐磨性、耐腐蝕性，且大量減少了熔覆層的裂紋、氣孔等缺陷。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種NiCrAlY包覆YSZ熱障涂層粉末材料的制備方法。NiCrAlY合金包覆YSZ粉末材料制備特征在于：先將NiCrAlY合金粉末、YSZ粉末分別進(jìn)行球磨、清洗、去掉氧化皮、油污等雜質(zhì)；再將NiCrAlY合金粉末在熔爐中融化，開啟高壓水泵，將熔化后過熱50℃左右的金液注入中間包；金液經(jīng)過束流，通過漏嘴進(jìn)入霧化器，由高壓水作用成細(xì)小的液滴，落入盛放YSZ粉末(質(zhì)量分?jǐn)?shù)比30％)的裝置中充分?jǐn)嚢?，冷卻凝固，干燥24h。整個(gè)過程置于密封環(huán)境。

涂層制備特征在于，包括以下步驟：

步驟一：選取316^#鋼作為熔覆的基體，用600目砂紙打磨光潔，再用丙酮溶液清除干凈基體表面油污和銹跡；

步驟二：分別將質(zhì)量百分比20％、30％的NiCrAlY合金包覆YSZ粉末，將包覆粉末預(yù)置在316^#鋼基體表面，粉末厚度1.5mm；

步驟三：使用高功率半導(dǎo)體激光器熔覆，其中激光輸出功率為3000W。所選用的光斑寬為12～24mm的寬光斑或光斑寬為3～8mm進(jìn)而搭接，焦距370。掃描速度為8mm/s，保護(hù)氣體為氬氣。

本發(fā)明的有益效果是：

1、激光熔覆用合金粉末既有較高的硬度、又有優(yōu)異的耐磨性和耐腐蝕性；

2、使用的NiCrAlY包覆YSZ粉末能獲得較低的熱導(dǎo)率和較高的熱膨脹系數(shù)，耐熱耐磨抗腐蝕、抗蠕變、抗高溫氧化以及高的硬性和好的韌性等多方面的優(yōu)越性能；

3、激光熔覆涂層與基體結(jié)合緊密，熔覆層組織均勻，硬度極高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明YSZ粉末SEM圖；

圖2是本發(fā)明激光熔覆裝置圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)例一的SEM金相圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)例二的SEM金相圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)例一：

(1)選取316^#鋼作為熔覆的基體，用600目砂紙打磨光潔，再用丙酮溶液清除干凈基體表面油污和銹跡；

(2)將質(zhì)量百分比20％的NiCrAlY包覆YSZ粉末預(yù)置在316^#鋼基體表面，粉末厚度1.5mm；

(3)使用高功率半導(dǎo)體激光器熔覆，其中激光輸出功率為3000W。所選用的光斑寬為3～8mm，搭接率為20％，焦距370。掃描速度為8mm/s，保護(hù)氣體為氬氣；

實(shí)例二：

(1)選取316^#鋼作為熔覆的基體，用600目砂紙打磨光潔，再用丙酮溶液清除干凈基體表面油污和銹跡；

(2)將質(zhì)量百分比30％的NiCrAlY包覆YSZ粉末預(yù)置在316^#鋼基體表面，粉末厚 度1.5mm；

(3)使用高功率半導(dǎo)體激光器熔覆，其中激光輸出功率為3000W。所選用的光斑寬為4～8mm，搭接率為20％，焦距370。掃描速度為8mm/s，保護(hù)氣體為氬氣；

實(shí)例三：

(1)選取316^#鋼作為熔覆的基體，用600目砂紙打磨光潔，再用丙酮溶液清除干凈基體表面油污和銹跡；

(2)將質(zhì)量百分比30％的NiCrAlY包覆YSZ粉末預(yù)置在316^#鋼基體表面，粉末厚度1.5mm；

(3)使用高功率半導(dǎo)體激光器熔覆，其中激光輸出功率為3000W。所選用的光斑寬為12～24mm，焦距370。掃描速度為8mm/s，保護(hù)氣體為氬氣；

實(shí)例一中所得的熔覆層硬度最低，熔覆層組織結(jié)構(gòu)較差，實(shí)例二中所得的熔覆層組織結(jié)構(gòu)較好，但其平均硬度略顯偏低。實(shí)例三中所得的熔覆層無論是組織結(jié)構(gòu)還是硬度都較為出色。