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(dǎo)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(hù)技術(shù)，被認(rèn)為是航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(dǎo)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?xùn)|锜屬與陶瓷之間的熱匹配性，哈爾濱工程大學(xué)wang等人研究了摻雜ysz纖維和sic晶須對(duì)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(xué)，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(xué)報(bào),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(jìn)熱障涂層?xùn)|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(shí)現(xiàn)要素：

　　本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)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(shí)改善了鎳基合金與各涂層之間的熱匹配性，進(jìn)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(jìn)入，從而保護(hù)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(dǎo)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(hù)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(shí)，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(jìn)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(duì)鎳基合金進(jìn)行逐級(jí)打磨，然后進(jìn)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(duì)高溫合金基體進(jìn)行逐級(jí)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(shí)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(dá)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(diǎn)：

　　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(shí)改善了鎳基合金與各涂層之間的熱匹配性，進(jìn)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(jìn)入提供了擴(kuò)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(kuò)散速率，從而減緩了空氣中的氧向nicraly金屬涂層的擴(kuò)散，降低了高溫防護(hù)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(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

　　附圖說明

　　圖1是本發(fā)明實(shí)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(shí)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(yàn)后的截面電鏡圖。

　　具體實(shí)施方式

　　本發(fā)明實(shí)施例1～實(shí)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(shí)施例1～實(shí)施例3進(jìn)行詳細(xì)描述。

　　實(shí)施例1

　　本實(shí)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(duì)dz125鎳基合金進(jìn)行逐級(jí)打磨，然后放入丙酮中進(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)施例的dz125鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層進(jìn)行水冷熱震試驗(yàn)，具體過程為：在1100℃保溫5min后進(jìn)行水冷熱震100次，結(jié)果如圖2所示。

　　圖2是本實(shí)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(yàn)后的截面電鏡圖，從圖2可以看出，本實(shí)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(shí)施例2

　　本實(shí)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(duì)dz125鎳基合金進(jìn)行逐級(jí)打磨，然后放入丙酮中進(jìn)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(shí)施例的dz125鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層進(jìn)行水冷熱震試驗(yàn)，具體過程為：在1100℃保溫5min后進(jìn)行水冷熱震150次，結(jié)果顯示本實(shí)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(shí)施例3

　　本實(shí)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(duì)dz125鎳基合金進(jìn)行逐級(jí)打磨，然后放入丙酮中進(jìn)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(shí)施例的dz125鎳基合金表面nicraly/nicraly-ysz/ysz熱障涂層進(jìn)行水冷熱震試驗(yàn)，具體過程為：在1100℃保溫5min后進(jìn)行水冷熱震100次，結(jié)果顯示本實(shí)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。