本发明涉及热障涂层制备，具体为一种稀土改性氧化锆多层热障涂层及其制备方法。
背景技术：
1、随着航空、航天及民用技术的发展，发动机的热端部件使用温度要求越来越高，已达到目前使用高温合金的极限状况。以燃料轮机的受热部件如喷嘴、叶片、燃烧室为例，它们处于高温氧化和高温气流冲蚀等恶劣环境中，承受温度高达1100℃，已超过了高温镍合金使用的极限温度(1075℃)。热障涂层(thermal barrier coatings)是一种陶瓷涂层，沉积在高温合金的表面，可起到隔热、降低基底温度，抗氧化、防腐蚀的作用，使得用其制成的器件，如发动机涡轮叶片，能在高温下运行，并延长热端部件的使用寿命。
2、传统热障涂层由8ysz(8％氧化钇稳定氧化锆)制备而成，随着航空工业的发展，涡轮发动机的推重比越来越高，涡轮前进口温度也越来越高，氧化锆基材料在1100～1200℃之间会发生相转变，而材料一旦发生相变，其晶体结构和性质会发生变化，在1200℃以下使用时，氧化锆基材料具有比较良好的性质，但是随着温度超过1200℃并继续升高，氧化锆基材料的寿命会呈指数级下降，所以要想获得更高的使用温度就必须寻找其它性能更好的涂层。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种稀土改性氧化锆多层热障涂层及其制备方法，解决传统8ysz热障涂层在1200℃以上高温环境下隔热性能差、使用寿命短等问题，从而有效的保障热端器件能在高温下稳定服役。
2、本发明是采用以下技术方案实现的：
3、一种稀土改性氧化锆多层热障涂层，所述涂层由三层组成，由内向外依次为合金粘接层、陶瓷中间层、陶瓷面层；
4、优选的，所述的合金粘接层为nicocraly层，所述的陶瓷中间层为ysz，陶瓷面层为ybgdysz；
5、所述陶瓷面层ybgdysz含改性元素的质量百分比为5％gd、5％yb；
6、优选的，所述的ysz层，内侧低孔隙率3％-15％、外侧高孔隙率15％-30％，所述的ybgdysz层，内侧高孔隙率15％-30％、外侧低孔隙率3％-10％；
7、所述合金粘接层nicocraly厚度为50-100μm，较佳的为55μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm；
8、所述ysz层内侧厚度为30～60μm，较佳的为40μm、50μm；外侧的层厚度为60～120μm，较佳的为80μm、100μm；
9、所述ybgdysz层内侧厚度为80～180μm，较佳的为100μm、130μm、150μm、170μm；外侧厚度为40～80μm，较佳的为50μm、60μm、70μm。
10、优选的，所述合金基体为gh4169、gh5188、gh2747任意一种。
11、一种稀土改性氧化锆多层热障涂层的制备方法，包括以下步骤：
12、(1)选用合金基体；
13、(2)在所述合金基体表面喷涂合金粘结层；
14、(3)在所述合金粘结层表面喷涂陶瓷中间层；
15、(4)在所述陶瓷中间层表面喷涂陶瓷面层，得到一种稀土改性氧化锆多层热障涂层。
16、所述喷涂方式为超音速火焰喷涂、大气等离子喷涂、低压等离子喷涂、电子束物理气相沉积、磁控溅射、离子镀中的一种或几种组合。
17、所述步骤(2)采用超音速火焰喷涂制备nicocraly粘接层；
18、所述步骤(3)采用大气等离子喷涂制备ysz层；
19、所述步骤(4)采用大气等离子喷涂制备ybgdysz层；
20、优选的，所述步骤(2)的超音速火焰喷涂制备nicocraly粘接层的喷涂工艺参数为：喷涂距离300-420mm，较佳的为320mm、350mm、380mm、390mm、400mm、410mm；喷枪移动速度5-20mm/s，较佳的为10mm/s、12mm/s、15mm/s、20mm/s；煤油流量为15-30l/h，较佳的为18l/h、20l/h、23l/h、25l/h、28l/h；氧气流量为600-950l/min，较佳的为650l/min、700l/min、750l/min、800l/min、850l/min、900l/min；喷层厚度为50-100μm，较佳的为55μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm。
21、优选的，所述的大气等离子喷涂制备陶瓷中间层ysz层，包括：
22、ysz层内侧低孔隙层的喷涂工艺参数为：氩气流量为38～43l/min，较佳的为40l/min、42l/min；氢气流量为8～13l/min，较佳的为10l/min、12l/min；送粉速率为10-20g/min，较佳的为13g/min、15g/min、18g/min；工作电流为550～620a，较佳的为580a、600a、610a；喷涂距离为100～140mm，较佳的为110mm、120mm、130mm；喷层厚度为30-60μm较佳的为40μm、50μm；
23、ysz层外侧高孔隙层的喷涂工艺参数为：氩气流量为35～38l/min，较佳的为36l/min、37l/min；氢气流量为6～9l/min，较佳的为7l/min、8l/min；送粉速率为25-35g/min，较佳的为28g/min、30g/min、33g/min；工作电流为450～550a，较佳的为480a、500a、520a、530a、540a；喷涂距离为100～140mm，较佳的为110mm、130mm；喷层厚度为60-120μm，较佳的为80μm、100μm；
24、优选的，所述的大气等离子喷涂制备陶瓷面层ybgdysz层，包括：
25、ybgdysz层内侧高孔隙层喷涂工艺参数为：氩气流量为35～38l/min，较佳的为36l/min、37l/min；氢气流量为6～9l/min，较佳的为7l/min、8l/min；送粉速率为25-35g/min，较佳的为28g/min、30g/min、32g/min；工作电流为450～550a，较佳的为480a、500a、530a、545a；喷涂距离为100～140mm，较佳的为110mm、130mm；喷层厚度为80-180μm，较佳的为100μm、130μm、150μm、170μm；
26、ybgdysz层外侧低孔隙层喷涂工艺参数为：氩气流量为38～43l/min，较佳的为40l/min、42l/min；氢气流量为8～13l/min，较佳的为10l/min、12l/min；送粉速率为10-20g/min，较佳的为13g/min、15g/min、17g/min；工作电流为550～620a，较佳的为570a、590a、600a、610a；喷涂距离为100～140mm，较佳的为110mm、130mm；喷层厚度为40-80μm较佳的为50μm、60μm、70μm。
27、由于解决传统8ysz热障涂层在1200℃以上高温环境下隔热性能差、使用寿命短，无法满足高温下热端部件的服役要求，本发明采用具有更高耐高温性的稀土改性ybgdysz(含改性元素的质量百分比为5％gd、5％yb)作为面层，8ysz作为中间层，在高温合金表面制备的双陶瓷层热障涂层，其中面层ybgdysz外侧为低孔隙层，可保障其表面抗热冲蚀性能，ybgdysz内侧以及ysz外侧为高孔隙层，可有效提高涂层整体的隔热性能，ysz内侧为低孔隙率层，可保障涂层具有较好的结合性能。
28、与现有技术相比，本发明中具有以下有益效果：
29、(1)本发明采用ybgdysz作为涂层面层，可将涂层的有效服役温度提高100-150℃。
30、(2)本发明制备的ysz中间层与ybgdysz面层均为双陶瓷层涂层，其中ysz中间层与ybgdysz面层，自外向内依次为低孔隙、高孔隙、高孔隙、低孔隙分布，所制备的热障涂层具有优异的结合性能、隔热性能、抗热冲蚀性能。
31、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
1.一种稀土改性氧化锆多层热障涂层，其特征在于，所述涂层由三层组成，由内向外依次为合金粘接层、陶瓷中间层、陶瓷面层；
2.根据权利要求1所述的一种稀土改性氧化锆多层热障涂层，其特征在于，所述合金基体为gh4169、gh5188、gh2747任意一种。
3.一种稀土改性氧化锆多层热障涂层的制备方法，用于制备权利要求1或2所述的一种稀土改性氧化锆多层热障涂层，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种稀土改性氧化锆多层热障涂层的制备方法，其特征在于，所述喷涂方式为超音速火焰喷涂、大气等离子喷涂、低压等离子喷涂、电子束物理气相沉积、磁控溅射、离子镀中的一种或几种组合。
5.根据权利要求3或4所述的一种稀土改性氧化锆多层热障涂层的制备方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的一种稀土改性氧化锆多层热障涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的超音速火焰喷涂制备nicocraly粘接层的喷涂工艺参数为：喷涂距离300～420mm，喷枪移动速度5～20mm/s，煤油流量为15～30l/h，氧气流量为600～950l/min，喷层厚度为50-100μm。
7.根据权利要求5所述的一种稀土改性氧化锆多层热障涂层的制备方法，其特征在于，所述ysz层内侧低孔隙层的喷涂工艺参数为：氩气流量为38～43l/min，氢气流量为8～13l/min，送粉速率为10～20g/min，工作电流为550～620a，喷涂距离为100～140mm，喷层厚度为30～60μm。
8.根据权利要求5所述的一种稀土改性氧化锆多层热障涂层的制备方法，其特征在于，所述ysz层外侧高孔隙层的喷涂工艺参数为：氩气流量为35～38l/min，氢气流量为6～9l/min，送粉速率为25～35g/min，工作电流为450～550a，喷涂距离为100～140mm，喷层厚度为60～120μm。
9.根据权利要求5所述的一种稀土改性氧化锆多层热障涂层的制备方法，其特征在于，所述的ybgdysz层内侧高孔隙层喷涂工艺参数为：氩气流量为35～38l/min，氢气流量为6～9l/min，送粉速率为25～35g/min，工作电流为450～550a，喷涂距离为100～140mm，喷层厚度为80～180μm。
10.根据权利要求5所述的一种稀土改性氧化锆多层热障涂层的制备方法，其特征在于，所述ybgdysz层外侧低孔隙层喷涂工艺参数为：氩气流量为38～43l/min，氢气流量为8～13l/min，送粉速率为10～20g/min，工作电流为550～620a，喷涂距离为100～140mm，喷层厚度为40～80μm。
