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新材料技术

本成果，材料加工表面增材制造及防护领域，尤其涉及一种喷气式发动机叶片用热障涂层及其制备方法，其特征在于，该热障涂层为复合结构，在金属基体表面从下至上依次为金属粘结层、缓冲层和陶瓷层，所述金属基体为镍基定向凝固高温合金，所述金属粘接层为镍基合金，所述缓冲层为8YSZ材质，所述陶瓷层为YGYZ材质。与现有技术相比，技术方案的有益效果是：1）粘结层结合强度更高，组织更致密，耐磨损性能也更加优越。2）缓冲层的孔隙率控制在7 .7% ~ 7 .9%范围，实现与陶瓷层和粘结层的匹配，拥有更好的热循环寿命。3）在保留Gd2 Zr2 O7低热导率的优点的同时，也可以减少在热冲击过程中引发的氧化锆相变，提高了陶瓷层的热稳定性，改善了涂层的热物理性能。实验室多年摸索，制备出多种喷气式发动机叶片用热障涂层，其特征在于，该热障涂层为复合结构，在金属基体表面从下至上依次为金属粘结层、缓冲层和陶瓷层，所述金属基体为镍基定向凝固高温合金，所述金属粘接层为镍基合金，所述缓冲层为8YSZ材质，所述陶瓷层为YGYZ材质

亮点： 1）粘结层的制备使用超音速火焰喷涂方式，熔融粒子速度可以达到300 ~ 500m/s甚至更高的速度，形成的粘结层结合强度更高，组织更致密，耐磨损性能也更加优越，通过采用带有缓冲层的结构设计，以及低成本的大气等离子喷涂方式喷涂缓冲层与陶瓷层，实现了低成本、高性能、高寿命的热障涂层的制备。 2）通过制备缓冲层，选择高纯度8YSZ作为缓冲层材料，将缓冲层的孔隙率控制在7 .7 % ~ 7 .9%范围，将未熔融粒子的个数控制在≤1个，实现将缓冲层的弹性模量控制在99 .2~ 146 .8GPa之间，将硬度控制在4 .5 ~ 9 .9GPa之间，将抗断裂韧性控制在1 .85 ~ 2 .23MPa·m 1/2 之间，实现与陶瓷层和粘结层的匹配，改进YGYZ陶瓷层热膨胀系数与抗断裂韧性过低的缺点，从而实现能够提高热障涂层寿命的制备方式，相对于YGYZ单陶瓷层热障涂层在喷气式发动机热冲击实验中得到的350 ~ 678次热循环寿命而言，带有高纯度8YSZ缓冲层的YGYZ热障涂层拥有更好的热循环寿命，在循环2000次以后仍然具有良好的状态，YGYZ陶瓷层未发生脱落，只有部分位置出现纵向裂纹。

辽宁科技大学表面工程团队，拥有全面的热障涂层粉末合成、热障涂层制备热障涂层相关性能测试及分析设备，包括粉末烧结设备、粉末团聚设备、大气等离子喷涂设备、马弗炉、纳米压痕、扫描电镜、能谱仪、透射电镜等；表面团队与上海硅酸盐研究所、上海震廷热喷涂热喷涂粉末服务商达成合作，对热喷涂粉末进行产业化制备及出售，并与江苏常州大学达成合作，在热障涂层制备方面进行产业化；在国际项目合作方面，与美国普渡大学张京教授共同合作了3D镍基合金热障涂层制备及评价项目，并在此项目中担任负责人；项目负责人及主要参加人员的研究方向皆为热障涂层、热喷涂技术以及热障涂层陶瓷材料，项目负责人发表热障涂层相关SCI、EI论文40余篇，对热障涂层陶瓷材料的设计、热障涂层的制备方面具有较高的专业素养。

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