本發(fā)明屬于表面材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層及其制備方法。

　　背景技術(shù)：

　　熱障涂層是將高耐溫、低導熱的陶瓷材料涂覆在合金表面以提高合金的抗高溫氧化腐蝕能力、降低表面工作溫度的一種熱防護技術(shù)，被認為是航空發(fā)動機渦輪葉片制備的三大關(guān)鍵技術(shù)之一。但由于金屬與陶瓷的熱匹配性較差，導致熱障涂層在頻繁經(jīng)受冷熱循環(huán)過程中，容易發(fā)生涂層開裂、剝離等形式的失效。

　　為提高熱障涂層東锜屬與陶瓷之間的熱匹配性，哈爾濱工程大學wang等人研究了摻雜ysz纖維和sic晶須對熱障涂層抗熱震性和抗沖蝕性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，纖維、晶須摻雜改性涂層的抗熱震性能提高58.8％，沖蝕速率下降61.0％。(汪倡.摻雜改性復(fù)合熱障涂層組織與性能研究[d].哈爾濱工程大學，2018)。wei等人通過nd2o3和yb2o3共摻雜改性ysz涂層，摻雜改性后陶瓷層由柱狀晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闃渲罱Y(jié)構(gòu)，降低涂層傳熱系數(shù)，有利于于涂層的使用壽命的提高(魏秋利,郭洪波,宮聲凱.電子束物理氣相沉積nd2o3和yb2o3共摻雜的ysz熱障涂層研究[j].航空學報,2007(b08):163-167.)。此外，金屬到陶瓷成分連續(xù)變化的梯度熱障涂層的研究也備受關(guān)注，但由于制備技術(shù)不成熟，一直未能得到廣泛應(yīng)用。

　　綜上所述，目前改進熱障涂層東锜屬與陶瓷熱匹配性的方法都存在制備工藝復(fù)雜等缺陷。

　　技術(shù)實現(xiàn)要素：

　　本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層。該熱障涂層在nicraly金屬涂層和ysz陶瓷涂層之間添加了熱膨脹系數(shù)介于nicraly和ysz之間的nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層，有效緩解了nicraly金屬涂層和ysz陶瓷涂層之間的熱不匹配性，提高了熱障涂層的抗熱震性能，同時改善了鎳基合金與各涂層之間的熱匹配性，進一步避免了熱障涂層的開裂剝離失效，延長了熱障涂層的使用期限。

　　為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層，其特征在于，包括依次沉積在鎳基合金表面的nicraly金屬涂層、ysz陶瓷涂層以及位于nicraly金屬涂層和ysz陶瓷涂層之間的nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層。

　　本發(fā)明在依次沉積在鎳基合金表面的nicraly金屬涂層和ysz陶瓷涂層之間添加了nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層，nicraly金屬涂層在鎳基合金表面形成致密的氧化層，阻擋了外界有害元素特別是氧的進入，從而保護鎳基合金基體，具有抗氧化性、抗腐蝕性的作用，并且起到粘接、過渡作用，ysz陶瓷涂層(成分為y2o3部分穩(wěn)定的zro2)為陶瓷層，熱導率較低，可顯著降低鎳基合金基體的表面溫度，具有高溫防護的作用，nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層由nicraly和ysz兩者混合組成，熱膨脹系數(shù)介于nicraly和ysz之間，有效緩解了nicraly金屬涂層和ysz陶瓷涂層之間的熱不匹配性，提高了熱障涂層的抗熱震性能；同時，從鎳基合金表面到nicraly金屬涂層、到nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層、再到y(tǒng)sz陶瓷涂層的熱膨脹系數(shù)逐漸減小，改善了鎳基合金與各涂層之間的熱匹配性，進一步避免了鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層的開裂剝離等形式的失效，延長了熱障涂層的使用期限，

　　另外，本發(fā)明還提供了一種鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

　　步驟一、對鎳基合金進行逐級打磨，然后進行超聲波清洗；

　　步驟二、采用電子束物理氣相沉積法在步驟一中經(jīng)超聲波清洗后的鎳基合金的表面上沉積nicraly金屬涂層；

　　步驟三、采用電子束物理氣相沉積法在步驟二中沉積的nicraly金屬涂層的表面上沉積nicraly-ysz-金屬陶瓷復(fù)合涂層；

　　步驟四、采用電子束物理氣相沉積法在步驟三中沉積的nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層的表面上沉積ysz陶瓷涂層，從而在鎳基合金表面形成nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層。

　　本發(fā)明采用電子束物理氣相沉積法在鎳基合金表面依次沉積nicraly金屬涂層、nicraly-ysz-金屬陶瓷復(fù)合涂層和ysz陶瓷涂層，從而在鎳基合金形成nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層，靶材材料為已廣泛應(yīng)用的nicraly和ysz，并且工藝過程簡單，可重復(fù)性好，易于操作。

　　上述的方法，其特征在于，步驟一中依次采用80#、200#、400#、600#、800#和1000#的水磨砂紙對高溫合金基體進行逐級打磨，所述超聲波清洗采用的清洗劑為丙酮，超聲波清洗的時間為10min～30min。采用上述砂紙打磨及超聲清洗后的鎳基合金的表面純凈、無雜質(zhì)，能夠達到電子束物理氣相沉積(eb-pvd)制備涂層的要求。

　　上述的方法，其特征在于，步驟二中所述nicraly金屬涂層的厚度為10μm～30μm；步驟二中所述電子束物理氣相沉積法的工藝參數(shù)為：沉積室真空度小于3×10-3pa，經(jīng)超聲波清洗后的鎳基合金的溫度700℃～900℃，nicraly靶材的蒸發(fā)電流0.8a～1.2a，旋轉(zhuǎn)速度5r/min～15r/min，靶基距200mm～500mm。nicraly金屬涂層的厚度為10μm～30μm，能顯著發(fā)揮nicraly金屬涂層的抗氧化性和抗腐蝕性，并且起到良好的粘接、過渡作用；電子束物理氣相沉積法制備nicraly金屬涂層采用的靶材成分和質(zhì)量純度可滿足制備nicraly金屬涂層的成分需要，且雜質(zhì)含量在允許范圍內(nèi)，采用上述工藝參數(shù)制備的nicraly金屬涂層厚度均勻，與鎳基合金表面的結(jié)合力良好。

　　上述的方法，其特征在于，步驟三中所述nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層的厚度為10μm～30μm；步驟三中所述電子束物理氣相沉積法的工藝參數(shù)為：沉積室真空度小于3×10-3pa，表面上沉積nicraly金屬涂層的鎳基合金的溫度700℃～900℃，nicraly靶材的蒸發(fā)電流0.8a～1.2a，ysz靶材的蒸發(fā)電流0.8a～1.5a，旋轉(zhuǎn)速度5r/min～15r/min，靶基距200mm～500mm。nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層厚度在10μm～30μm范圍內(nèi)，能起到顯著的過度nicraly金屬與ysz陶瓷的效果，有效緩解兩者的熱不匹配性；電子束物理氣相沉積法制備nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層采用的靶材成分和質(zhì)量純度可滿足制備nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層的成分需要，且雜質(zhì)含量在允許范圍內(nèi)，采用上述工藝參數(shù)制備的nicraly-ysz-金屬陶瓷復(fù)合涂層中nicraly與ysz的比例適宜，成分均勻，且與nicraly金屬涂層的結(jié)合力良好。

　　上述的方法，其特征在于，步驟四中所述ysz陶瓷涂層的厚度為30μm～70μm；步驟四中所述電子束物理氣相沉積法的工藝參數(shù)為：沉積室真空度小于3×10-3pa，表面上沉積nicraly金屬涂層和nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層的鎳基合金的溫度700℃～900℃，ysz靶材的蒸發(fā)電流0.8a～1.5a，旋轉(zhuǎn)速度5r/min～15r/min，靶基距200mm～500mm。ysz陶瓷涂層的厚度在30μm～70μm范圍內(nèi)，能起到顯著的隔熱效果，且與nicraly-ysz-金屬陶瓷復(fù)合涂層的熱匹配性較好；電子束物理氣相沉積法制備nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層采用的靶材成分和質(zhì)量純度可滿足制備ysz陶瓷涂層的成分需要，且雜質(zhì)含量在允許范圍內(nèi)，采用上述工藝參數(shù)制備的ysz陶瓷涂層厚度均勻，且與nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層的結(jié)合力良好。

　　本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

　　1、本發(fā)明在依次沉積在鎳基合金表面的nicraly金屬涂層和ysz陶瓷涂層之間添加了nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層，nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層由nicraly和ysz兩者混合組成，熱膨脹系數(shù)介于nicraly和ysz之間，有效緩解了nicraly金屬涂層和ysz陶瓷涂層之間的熱不匹配性，提高了熱障涂層的抗熱震性能；同時改善了鎳基合金與各涂層之間的熱匹配性，進一步避免了鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層的開裂剝離失效，延長了熱障涂層的使用期限。

　　2、本發(fā)明熱障涂層中最外層的ysz陶瓷涂層為柱狀晶結(jié)構(gòu)，為氧的進入提供了擴散通道，中間層為nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層，中間層中的nicraly與氧形成金屬氧化物，減緩了氧的擴散速率，從而減緩了空氣中的氧向nicraly金屬涂層的擴散，降低了高溫防護過程中熱生長氧化物層(tgo)的生長速率，提高了nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層的抗氧化性能。

　　3、本發(fā)明僅采用電子束物理氣相沉積法為主要的制備方法，靶材材料為已廣泛應(yīng)用的nicraly和ysz，并且工藝過程簡單，可重復(fù)性好，易于操作。

　　下面通過附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的詳細描述。

　　附圖說明

　　圖1是本發(fā)明實施例1的dz125鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層的截面電鏡圖。

　　圖2是本發(fā)明實施例1的dz125鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層經(jīng)水冷熱震試驗后的截面電鏡圖。

　　具體實施方式

　　本發(fā)明實施例1～實施例3中的dz125鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層均包括依次沉積在dz125鎳基合金表面的nicraly金屬涂層、ysz陶瓷涂層以及位于nicraly金屬涂層和ysz陶瓷涂層之間的nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層。

　　本發(fā)明dz125鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層的制備方法通過實施例1～實施例3進行詳細描述。

　　實施例1

　　本實施例的dz125鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層的制備方法包括以下步驟：

　　步驟一、依次采用80#、200#、400#、600#、800#、1000#的水磨砂紙對dz125鎳基合金進行逐級打磨，然后放入丙酮中進行超聲波清洗15min；

　　步驟二、采用電子束物理氣相沉積法在步驟一中經(jīng)超聲波清洗后的dz125鎳基合金的表面上沉積厚度為20μm的nicraly金屬涂層；所述電子束物理氣相沉積法的工藝參數(shù)為：沉積室真空度小于3×10-3pa，經(jīng)超聲波清洗后的dz125鎳基合金的溫度800℃，nicraly靶材的蒸發(fā)電流1.0a，旋轉(zhuǎn)速度5r/min，靶基距300mm；

　　步驟三、采用電子束物理氣相沉積法在步驟二中沉積的nicraly金屬涂層的表面上沉積厚度為30μm的nicraly-ysz-金屬陶瓷復(fù)合涂層；所述電子束物理氣相沉積法的工藝參數(shù)為：沉積室真空度小于3×10-3pa，表面上沉積nicraly金屬涂層的鎳基合金的溫度800℃，nicraly靶材的蒸發(fā)電流1.5a，ysz靶材的蒸發(fā)電流1.0a，旋轉(zhuǎn)速度10r/min，靶基距200mm；

　　步驟四、采用電子束物理氣相沉積法在步驟三中沉積的nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層的表面上沉積厚度為50μm的ysz陶瓷涂層，從而在鎳基合金表面形成nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層；所述電子束物理氣相沉積法的工藝參數(shù)為：沉積室真空度小于3×10-3pa，表面上沉積nicraly金屬涂層和nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層的鎳基合金的溫度900℃，ysz靶材的蒸發(fā)電流1.2a，旋轉(zhuǎn)速度5r/min，靶基距200mm。

　　圖1是本實施例的dz125鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層的截面電鏡圖，從圖1可以看出，本實施例的dz125鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層層層次分明、界面連續(xù)，各涂層間結(jié)合緊密。

　　將本實施例的dz125鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層進行水冷熱震試驗，具體過程為：在1100℃保溫5min后進行水冷熱震100次，結(jié)果如圖2所示。

　　圖2是本實施例的dz125鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層經(jīng)水冷熱震試驗后的截面電鏡圖，從圖2可以看出，本實施例的dz125鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層未發(fā)生剝落，各層界面結(jié)合良好，說明該dz125鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層具有優(yōu)異的抗熱震性能。

　　實施例2

　　本實施例的dz125鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層的制備方法包括以下步驟：

　　步驟一、依次采用80#、200#、400#、600#、800#、1000#的水磨砂紙對dz125鎳基合金進行逐級打磨，然后放入丙酮中進行超聲波清洗10min；

　　步驟二、采用電子束物理氣相沉積法在步驟一中經(jīng)超聲波清洗后的dz125鎳基合金的表面上沉積厚度為10μm的nicraly金屬涂層；所述電子束物理氣相沉積法的工藝參數(shù)為：沉積室真空度小于3×10-3pa，經(jīng)超聲波清洗后的dz125鎳基合金的溫度900℃，nicraly靶材的蒸發(fā)電流0.8a，旋轉(zhuǎn)速度15r/min，靶基距500mm；

　　步驟三、采用電子束物理氣相沉積法在步驟二中沉積的nicraly金屬涂層的表面上沉積厚度為10μm的nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層；所述電子束物理氣相沉積法的工藝參數(shù)為：沉積室真空度小于3×10-3pa，表面上沉積nicraly金屬涂層的鎳基合金的溫度900℃，nicraly靶材的蒸發(fā)電流0.8a，ysz靶材的蒸發(fā)電流0.8a，旋轉(zhuǎn)速度15r/min，靶基距500mm；

　　步驟四、采用電子束物理氣相沉積法在步驟三中沉積的nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層的表面上沉積厚度為30μm的ysz陶瓷涂層，從而在鎳基合金表面形成nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層；所述電子束物理氣相沉積法的工藝參數(shù)為：沉積室真空度小于3×10-3pa，表面上沉積nicraly金屬涂層和nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層的鎳基合金的溫度800℃，ysz靶材的蒸發(fā)電流0.8a，旋轉(zhuǎn)速度15r/min，靶基距500mm。

　　將本實施例的dz125鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層進行水冷熱震試驗，具體過程為：在1100℃保溫5min后進行水冷熱震150次，結(jié)果顯示本實施例的dz125鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層未發(fā)生剝落，各層界面結(jié)合良好，說明該dz125鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層具有優(yōu)異的抗熱震性能。

　　實施例3

　　本實施例的dz125鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層的制備方法包括以下步驟：

　　步驟一、依次采用80#、200#、400#、600#、800#、1000#的水磨砂紙對dz125鎳基合金進行逐級打磨，然后放入丙酮中進行超聲波清洗30min；

　　步驟二、采用電子束物理氣相沉積法在步驟一中經(jīng)超聲波清洗后的dz125鎳基合金的表面上沉積厚度為30μm的nicraly金屬涂層；所述電子束物理氣相沉積法的工藝參數(shù)為：沉積室真空度小于3×10-3pa，經(jīng)超聲波清洗后的dz125鎳基合金的溫度700℃，nicraly靶材的蒸發(fā)電流1.2a，旋轉(zhuǎn)速度10r/min，靶基距200mm；

　　步驟三、采用電子束物理氣相沉積法在步驟二中沉積的nicraly金屬涂層的表面上沉積厚度為20μm的nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層；所述電子束物理氣相沉積法的工藝參數(shù)為：沉積室真空度小于3×10-3pa，表面上沉積nicraly金屬涂層的鎳基合金的溫度700℃，nicraly靶材的蒸發(fā)電流1.2a，ysz靶材的蒸發(fā)電流1.5a，旋轉(zhuǎn)速度5r/min，靶基距300mm；

　　步驟四、采用電子束物理氣相沉積法在步驟三中沉積的nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層的表面上沉積厚度為70μm的ysz陶瓷涂層，從而在鎳基合金表面形成nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層；所述電子束物理氣相沉積法的工藝參數(shù)為：沉積室真空度小于3×10-3pa，表面上沉積nicraly金屬涂層和nicraly-ysz金屬陶瓷復(fù)合涂層的鎳基合金的溫度700℃，ysz靶材的蒸發(fā)電流1.5a，旋轉(zhuǎn)速度10r/min，靶基距300mm。

　　將本實施例的dz125鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層進行水冷熱震試驗，具體過程為：在1100℃保溫5min后進行水冷熱震100次，結(jié)果顯示本實施例的dz125鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層未發(fā)生剝落，各層界面結(jié)合良好，說明該dz125鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層具有優(yōu)異的抗熱震性能。