本发明属于高温热防护涂层，具体涉及一种高纯度、相稳定、抗烧结氧化锆基涂层及其制备方法。
背景技术：
1、航空发动机涡轮和燃气轮机透平燃气入口温度的持续攀升(～2000℃/～1600℃)使得发动机各部件在高温工况下的长期稳定服役成为关键问题。热障涂层是实现航机/燃机跨越式发展的必然选择。具有高熔点、低热导、高热膨胀系数和断裂韧性等优良性能的氧化钇部分稳定氧化锆(yttriapartially stabilizedzirconia，ysz)热障涂层已广泛应用于航空发动机和工业燃气轮机，以提高其效能转化率及热端部件的高温耐久性。
2、等离子体喷涂(atmospheric plasma spray，aps)ysz涂层主要由不可相变四方相(t′)组成。t′相作为一种铁-弹性相，其高温段的畴转变增韧机制和低温段四方相(t)向单斜相(m)的马氏体相变增韧功效是涂层长寿命的关键。随着服役时间的延长，涂层中t′相的分解、m相的大量生成以及晶粒长大和烧结收缩是ysz陶瓷层失效的主要原因。
3、常规涂层受杂质元素的影响，在超高温来流工况下，陶瓷层材料过早相变失稳和过度烧结使得其高温耐久性大幅下降，且涂层相稳定性、晶粒生长行为和杂质元素影响三者耦合关联。因此，制备更高承温、长寿命ysz涂层将为高性能航机/燃机的研制提供可靠技术支撑。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高纯度、相稳定、抗烧结氧化锆基涂层及其制备方法，所述陶瓷涂层具有优异相稳定性和抗烧结特性，能够显著优化涂层服役特性。
2、第一方面，本发明提供了一种高纯度、相稳定、抗烧结氧化锆基涂层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：采用大气等离子体喷涂技术将涂层原料粉体沉积在基材表面，得到所述高纯度、相稳定、抗烧结氧化锆基涂层；
3、所述涂层原料粉体的化学组成包括，以质量百分含量计，zro2：≥90％，al2o3：0-0.05％，tio2：0-0.04％，sio2：0-0.05％，fe2o3：0-0.03％，余量为y2o3和hfo2。
4、较佳地，所述涂层原料粉体的物相组成包括t′相、t相、c相和m相；优选地，所述涂层原料粉体中t′相体积百分含量不少于40％，t相体积百分含量为10-20％，c相体积百分含量为10-15％，剩余为m相。
5、较佳地，所述涂层原料粉体的粒径分布为12.5-45.0μm。
6、较佳地，所述大气等离子体喷涂技术的工艺参数包括：等离子气体ar流量为30-36slpm，等离子气体h2流量为7-9slpm，载气ar流量为3.0-3.5slpm，喷涂距离为70-130mm，送粉速率为25-40g/min，功率为39-43kw。
7、较佳地，所述高纯度、相稳定、抗烧结氧化锆基涂层的元素组成包括：以质量百分比计，zr：55-65％，y：3.47-6％，hf：1.4-1.6％，si：0-0.10％，fe：0-0.15％，ti：0-0.05％，al：0-0.10％，o：30-35％；
8、优选地，zr：55-65％，y：4-6％，hf：1.4-1.6％，si：0-0.10％，fe：0-0.15％，ti：0-0.05％，al：0-0.10％，o：30-35％。
9、较佳地，所述高纯度、相稳定、抗烧结氧化锆基涂层的物相组成包括t′相、t相与c相，无m相；优选地，t′相体积百分含量为60-65％，c相体积百分含量为10-15％，剩余未t相。
10、较佳地，所述高纯度、相稳定、抗烧结氧化锆基涂层在经0-300h@1400℃热处理后：涂层中t′相体积百分含量不少于20％，m相体积百分含量小于5％，其余为t相和c相；晶粒平均尺寸小于2μm，优选为1.50-1.60μm。
11、较佳地，所述高纯度、相稳定、抗烧结氧化锆基涂层的晶粒尺寸通过谢乐公式计算为0.08±0.01μm，为亚微米态；
12、所述高纯度、相稳定、抗烧结氧化锆基涂层的晶粒生长活化能为223.05±14.96kj/mol。
13、第二方面，本发明提供了一种根据上述制备方法得到的高纯度、相稳定、抗烧结氧化锆基涂层。
14、有益效果
15、常规ysz陶瓷涂层的稳定服役上限温度为1200℃，在更高温度下会出现t′相的过早分解和晶粒快速烧结开裂现象，本发明中利用大气等离子体喷涂制备高纯ysz涂层，控制喷涂态涂层中si、al两种低熔点元素质量百分含量在较低水平，通过在1400℃下对所述陶瓷涂层的高温时效热处理可见涂层展现出更优异的相稳定性和抗烧结特性。
1.一种高纯度、相稳定、抗烧结氧化锆基涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：采用大气等离子体喷涂技术将涂层原料粉体沉积在基材表面，得到所述高纯度、相稳定、抗烧结氧化锆基涂层；
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述涂层原料粉体的物相组成包括t′相、t相、c相和m相；优选地，所述涂层原料粉体中t′相体积百分含量不少于40％，t相体积百分含量为10-20％，c相体积百分含量为10-15％，剩余为m相。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述涂层原料粉体的粒径分布为12.5-45.0μm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述大气等离子体喷涂技术的工艺参数包括：等离子气体ar流量为30-36slpm，等离子气体h2流量为7-9slpm，载气ar流量为3.0-3.5slpm，喷涂距离为70-130mm，送粉速率为25-40g/min，功率为39-43kw。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述高纯度、相稳定、抗烧结氧化锆基涂层的元素组成包括：以质量百分比计，zr：55-65％，y：3.47-6％，hf：1.4-1.6％，si：0-0.10％，fe：0-0.15％，ti：0-0.05％，al：0-0.10％，o：30-35％；
6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述高纯度、相稳定、抗烧结氧化锆基涂层的物相组成包括t′相、t相与c相，无m相；优选地，t′相体积百分含量为60-65％，c相体积百分含量为10-15％，剩余未t相。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述高纯度、相稳定、抗烧结氧化锆基涂层在经0-300h@1400℃热处理后：涂层中t′相体积百分含量不少于20％，m相体积百分含量小于5％，其余为t相和c相；晶粒平均尺寸小于2μm，优选为1.50-1.60μm。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述高纯度、相稳定、抗烧结氧化锆基涂层的晶粒尺寸通过谢乐公式计算为0.08±0.01μm，为亚微米态；
9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的制备方法得到的高纯度、相稳定、抗烧结氧化锆基涂层。
