本技术涉及一种适用于陶瓷基复合材料的耐高温自修复环保涂层及其制备技术。该涂层采用双层结构设计,由内向外依次为粘结层和自修复涂层。粘结层直接涂覆于碳化硅陶瓷基复合材料表面,而自修复涂层则覆盖在粘结层之上。粘结层选用MoSi材料制成。
背景技术
提高航空发动机的推重比,要求提高涡轮前燃气进口温度,但是传统的镍基高温合金不能满足目前的服役温度。因此,具有低密度、高熔点、优异的高温力学性能等优点的陶瓷基复合材料是一种最有希望取代镍基高温合金应用在航空发动机高温部件的材料。
在干燥的高温燃烧环境下,陶瓷基复合材料表面生成一层致密的SiO2层,能够有效的阻碍氧气的进入,提高抗氧化性能。但是,航空发动机在实际运行过程中,航空煤油在燃烧过程中会产生8-10vol%的水蒸气,SiO2与高温水蒸汽反应生成Si(OH)x,陶瓷基复合材料遭受严重的腐蚀,并且力学性能严重下降。因此,需要在其表面制备一层环境障涂层,以隔绝高温水蒸气,抑制高温水氧腐蚀的发生,对于陶瓷基复合材料热端部件的长寿命服役极其重要。
Si是环境障涂层中应用最广泛的粘结层,提高了环境障涂层与陶瓷基复合材料的结合强度,同时也为陶瓷基复合材料提供了优异的抗氧化性能。但是,Si的氧化产物SiO2在冷却过程中由于相变产生的应力会导致涂层的脱落和失效。此外,Si的熔点为1414℃,限制了环境障涂层在更高温度下的使用。因此,有必要开发一种新的材料,提高环境障涂层的服役温度和抗氧化、抗腐蚀性能。
稀土硅酸盐作为环境障涂层陶瓷层,起到了隔氧、隔绝燃气和燃烧杂质等有害物质的作用,通常采用大气等离子喷涂的方法进行制备。大气等离子喷涂作为一种经济、高效的涂层制备工艺,广泛的应用于涂层制备,但是大气环境中的喷涂条件很容易使硅、硅化物、碳化物等非氧化物产生氧化。因此,在粘结层的制备过程中,采用冷喷涂的方法制备涂层,结合保护气氛下的固相烧结法可以有效的制备出无氧化,高结合强度的粘结层。此外,稀土硅酸盐在等离子火焰中产生分解,制备的涂层由于淬火应力和热失配应力而产生裂纹、气孔等缺陷。通过掺杂的方法,可以制备具有自愈合功能的复合涂层,抑制涂层在服役过程中产生裂纹和气孔等缺陷,能够有效阻碍氧气、水蒸气的进入。
实现思路