纳米氧化锆热障涂层完整性研究.pdf

有色金属 冶炼部分2 0 0 8 年增千u 7 9 纳米氧化锆热障涂层完整性研究 杨伟攀，王纯，李其连 北京航空制造工程研究所，高能束流加工技术国防科技重点实验室，北京1 0 0 0 2 4 攘要分爨采愿超音速火嫠囔涂技寒 H V O F 冬大气等离子囔涂技寒 A P S 骥涂N i C r A l Y 麓缝痰鼷。 A P S 凌涂纳米氧纯锆的方法获得了两种热瘴涂层 涂屡A 与B ，并评估了热震试骏翦后涂层的完整缝。 试验结果液阴二者热震前，究整性基本相当，涂层结合强度为 5 5 士5 M P a ；但魁缀过热震试验后。涂 层A 具有更好的完整性． 关键词越潦速火焰喷涂 H V O F ；绮米氧化锩热障涂层；涂层完整性；抗热震性能 孛霆分类麓T G l 7 4 。毒文簸标谖驽轰文章编号1 0 0 7 - - 7 5 4 5 { z 0 0 8 S O - - 0 0 7 9 - - 0 3 S t u d yo nI n t e g r a l i t yo fN a n o Z i r c o n i aT B C s Y A N GW e i - h u a ，W A N GC h u n ，L IQ i - l i a n N a t i o n a lK e yL a b o r a t o r yo fH i g hE n e r g yD e n s i t yB e a mP r o c e s sT e c h n o l o g y ，B e i j i n g1 0 0 0 2 4 ．C h i n a A b s t r a c t T w ok i n d so fb o n d i n gc o a t i n g s N i C r A l Y ，0 ．1m m w e r ep r e p a r e d b yH V O Fa n da i rp l a s m a s p r a y ，o nw h i c hn a n o - Z i r c o n i ac o a t i n g s 6 ％～8 ％Y S Z ，0 。2 5 ～O ．3m m w e r es p r a y e db yA P S ，t h e nw e g o tt w ok i n d so fT B C s ，C o a t i n gAa n dC o a t i n gB 。T h e i ri n t e g r a l i t yb e f o r ea n da f t e rt h e r m a ls h o c kt e s t w e r ee s t i m a t e db yb o n d i n gs t r e n g t ha n dS E M m i c r o g r a p ho ft h es u r f a c e s ．T h er e s u l t si n d i c a t et h a t ，t h e i r i n t e g r a l i t yi sa l m o s te q u a lt oe a c ho t h e rb e f o r ea n da f t e rt h e r m a ls h o c kt e s t 。t h eb o n d i n gs t r e n g t hi s 5 5 士5 M P a ．A f t e rt h e r m a ls h o c kt e s t ，t h ei n t e g r a l i t yo fc o a t i n gAi sb e t t e rt h a nC o a t i n gB s ． K e y w o r d s H V O F ；N a n o - Z i r c o n i aT B C s ；I n t e g r a l i t y ；T h e r m a l - s h o c kR e s i s t a n c e 热障涂层 T h e r m a lB a r r i e rC o a t i n g s ，T B C s 由 予具有优异的隔热、抗氧化腐蚀性能，广泛应用予航 空发动机及工业燃气轮机涡轮叶片 高温合金 液 藤融3 ，能够实现提离效率、降低能耗、减少排放的透 椽。T B C s 系统一般为双层结构斑瘸瓷面层 T o p C o a t ，T C 与粘结底层 B o n dC o a t ，B C 组成。其 中，面层为导热系数低的陶瓷层 斑要为6 ％～8 ％ Y 20 3 - s t a b i l i z e dZ r 0 2 一Y S Z ，起隔热作餍，目前使用 的Y S Z 涂层爵形成终1 7 0 ℃左鸯酶溢度降幅；糕缎 层一般为M C r A l Y 涂层，主要以缓冲陶瓷面层与基 体间较大的热膨胀系数差异、粘结过渡的作用为主， 同时兼具抗氧化、防腐蚀的功效 湖1 。热障涂层 技零邑经成旁先邀靛空发动瓿发矮鳃关键技术之 一【2 4 3 。 作者简介杨伟华 1 9 7 6 - - ，男。河j ￡避蜜人。工程师。硬士， 图1 热障涂层系统 F i g 。1S y s t e mo fT B C s 在热循环作耀下，等离子喷涂T 黼s 完整性酌 万方数据 8 0 有色金属 冶炼部分2 0 0 8 年增蛩J 破坏，即潦层失效是一个十分复杂的过程，为多种现 象交互终耀的结果[ 引 1 热黪胀系数不黩配所产生 戆蒸应力； 2 牯缮底层与陶瓷蘧层截弱处热生长氧 化层 T G O ，主要为旷A l 。。3 的长大； 3 粘结底层 的热循环蠕变； 4 粘结底层中，A l 元素掇耗致使除 妒A l 0 3 外的脆性氧化物 郯尖晶石等 生成； 5 多 巍氧纯镭嚣瑟魏烧结驻及律隧发生蘸应变容限与蘸 热能力下降； 上述工艺参数裂备瓣臻／夏墨霹磨糕辫严涂 层酶结合强度、热冲击等性能垮表现为良好；扶涂屡 的微观结构观察，涂层备组分及涂层的孔隙率分布 均匀，有利于涂层的可磨耗性能。 参考文献 [ 1 3 荔茂串，张轰燕，都涛宏，等，胃蘑耗鹭严涤鬟爱其犍笺 评价[ j ] ．航黧制造技术，t 9 9 8 ， 3 3 - - 5 。 [ 2 ] N o v i n s k iER ．T h ed e s i g nt h e r m a ls p r a y e da b r a d a b l es e a l c o a t i n gf o rg a st u r b i n ee n g i n e s [ A ] ．／／P r o c e e d i n g so f 4 t hn a t i o n a lt h e r m a ls p r a yc o l l f e r e n o e [ e 二。U S A { 1 9 9l 4 5 1 - - 4 5 4 。 [ 3 ] 壬薇，张琦，黄予勋．发动机封严涂层的研究进展口] ．航 空工程与维修，1 9 9 6 ，1 1 3 4 ． C 钓易茂中。涂层结合强度评价及研磨耗、耐磨涂层的性能 辑究[ 翻。器安；嚣安交逶夫学，1 9 9 6 ；s o 一 s ， [ 5 ] B i nR c IW e m ro fs e a lm a m r i M su s e di na i r c r a f tp r o p u l 。 s i o ns y s t e m sc J ] ．W e a r ，1 9 8 0 ，5 9 ；1 6 5 1 8 9 ． [ 6 ] F u s t u k i a nD ，M e h tM ．C o m p o s i t ep o w d e ro fc o n t r o l l i n g a b r a d a b i l i t y [ J ] ．C a n a d i a nM e t a l l u r g i c a lq u a r t e r l y ，1 9 7 3 ， 2 ；4 9 7 - - 5 0 2 ． [ 7 ] J a r o s i n s k iWj ，G r u n i n g e rM RH i g ht e m p e r a t u r eb o r o n n i t r i d ea b r a d a b l em a t e r i a l s [ A ] ．／／P r o c e e d i n g so f1 3 t h n S C [ C ] ．U 8 A ，1 9 9 2 6 9 1 6 9 4 ． 上接8 l 页 于热障涂屡的使用寿命的提高，文中设计试验显示， 涂层抗热震性能提高两借以上。 参考文裁 [ 1 ] P a d t u r eNP ，G e UM ，J o r d a nEH 。T h e r m a lb a r r i e r c o a t i n g sf o rg a s - t u r b i n ee n g i n ea p p l i c a t i o n s [ J ] ．S c i e n c e ， 2 0 0 2 ，2 9 6 5 5 6 6 2 8 0 一2 8 4 。 [ 2 】耀整魏 煞簿籍瓷涂器簿最薪发爰[ j ] 。嚣瓣保护，2 0 0 3 ， 3 6 3 5 一7 ． [ 3 ] 王学兵，张章缎，橙善义．梯度热障涂层研究现获醯] 。中 国表面工程。2 0 0 4 3 5 - - 1 2 ． [ 4 ] C i p i t r i aA ，G o l o s n o yIO ，C l y n eTW ．S i n t e r i n gK i n e t i c s o fP l a s m a - S p r a y e d 篓r c o m aT B C s [ A ] 。／／P r o c e e d i n g so f t h e2 0 0 7I n t e r n a t i o n a lT h e r m a lS p r a ye 毫n f e 转n 貔[ e 3 2 0 0 7 ． [ 5 ] S c h l i c h t i n gKW ．P a d t u r eNP - G e l lM ，e ta 1 ．F a i l u r e m o d e si np l a s m a - s p r a y e dt h e r m a lb a r r i e rc o a t i n g sC J ] ． M a t e r i a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，2 0 0 3 ，A 3 4 2 1 2 0 ～ 1 3 0 。 万方数据