喷涂距离对超音速等离子喷涂制备热障涂层性能的影响

1、喷涂间隔 对超音速等离子喷涂制备热障涂层性能的影响喷涂间隔 对超音速等离子喷涂制备热障涂层性能的影响热障涂层TheralBarrieratings，TBs是在燃气轮机叶片外表起到隔热和抗氧化作用，实现进步使用温度、降低系统冷却要求的涂层系统。1，2超音速等离子喷涂技术自上世纪80年代被研制以来，逐渐成为国际热喷涂领域研究的前沿和重点方向之一。3-5国内外利用超音速等离子喷涂制备热障涂层的研究还处于起步阶段，是先进热障涂层制备技术的前沿。喷涂间隔 是消费过程重要的工艺参数之一。文章正是选取了四种不同的喷涂间隔 80、100、120、140研究不同喷涂间隔 对TBs涂层相关性能的影响。1实验方法1

2、.1样品制备基体选用镍基高温合金Innel718In718，粘结层材料为NirAlY合金粉末，陶瓷层为Y23=8%部分稳定的Zr28YPSZ。超音速大气等离子喷涂设备采用西安交通大学金属材料强度国家重点实验室第二代超音速等离子喷涂系统HEPJ-jet，制备出不同喷涂间隔 80、100、120、140的热障涂层样品。1.2实验设计和测试方法箱式电阻炉升温至1000稳定后将样品放入，保温500小时后将样品取出空冷至室温。用金相显微镜观察其截面组织。另组织样品在1000环境氧化23小时，随后空冷1小时后称重，随即放入炉中继续氧化，依此循环总计时本文由论文联盟搜集整理间240小时。记录循环次数和样品每

3、个时段的重量，绘制氧化增重曲线。使用扫描电子显微镜JEL，JS7000F观察断口形貌。使用DRL-II型导热系数测定仪进展常温热导率的测定。2结果和讨论2.1抗氧化性能四种样品进展1000氧化500小时后制备出截面金相，金相显微照片如图1所示，其中a、b、d图各自代表喷涂间隔 为80、100、120、140的样品情况。在高温氧化过程中，四个样品的粘结层均出现了不同程度的内氧化现象，照片中黑色部分即为内氧化产物。粘结层内部氧化会对铝元素进展消耗，不利于粘结层外表生成其抗氧化作用的稳定的-Al23膜构造，从而影响涂层的抗氧化性能。比较而言b照片即喷涂间隔 为100样品内氧化程度相对较低。热生长氧化

4、物TherallyGrnxide，TG的增厚被认为是热障涂层失效的主要原因。2采用.R.hen6使用的方法对TG平均厚度进展估算，结果如表2所示。样品之间TG厚度的差异证明了之前文中关于内氧化影响粘结层氧化行为的推论：内氧化相对严重的样品ad，产生了较厚的TG层；b样品内氧化程度较弱，氧化后生成的TG层仅有4左右。尽管如此，与其他制备工艺相比7，四种样品TG厚度均在较小的范围之内，这说明超音速等离子喷涂制备的热障涂层具有相对良好的抗氧化性能。对不同喷涂间隔 的样品进展1000总计240h循环氧化实验。用所得到的样品增重数据绘制循环氧化动力曲线：横坐标表示氧化时间，纵坐标表示单位面积上的增重质量

5、。氧化增重的实验表达样品的抗氧化才能和抗热冲击的才能。实验中四种样品均未有出现外表皲裂或脱落的情况。同时，如图2所示，在240h的循环氧化过程中，不同时期的单位面积质量的增加值根本一样或者相近，样品的增重情况遵循类似的趋势。可以说明超音速等离子喷涂制备的热障涂层，在抗氧化和抗热循环性能方面，均表达出良好的性能，并且具有较高的工艺的稳定性。2.2热导率计算对四种不同喷涂间隔 的样品进展常温热导率的测量，结果如图3所示。总体来看涂层均保持了较好的隔热性能：与普通大气等离子喷涂制备的涂层样品相近，均优于文献中EB-PVD方法的报道。7但随着喷涂间隔 的增加，样品的热导率不断下降，即呈现较好的隔热效果

6、。这可以解释为当喷涂间隔 较近时，喷涂粒子的飞行动量很大，因此层状堆砌非常严密，孔隙和裂纹都很少。因此热导率较高。当喷涂间隔 增加，致密程度下降，组织中孔隙和裂纹的增多都会导致热导率的下降。针对图中所示的数据，我们可以观察到当喷涂间隔 从100增加到120时，涂层的热导率出现大幅度下降。2.3初始样品断口形貌分析为研究产生隔热性能区别的内在原因，实验对上述四种不同样品进展了氧化前初始断口形貌的分析。如图4所示，a、b、d分图各自代表喷涂间隔 为80、100、120、140样品的情况。涂层由柱状晶粒区以及其间的细晶区组成，其中柱状晶晶粒尺寸没有发生明显变化，均保持在5-8。显著的差异表达在构造间

7、的细晶粒区域：a所显示的涂层组织在致密程度较高，细晶粒区域也由于喷涂过程中烧结的作用结合在了一起；而随着喷涂间隔 的继续增大，细晶区的晶粒逐渐变得分散，b图中的细晶粒开始出如今层状构造间隙的空穴中；d图中的细晶粒已经在层状构造之间大量出现，并且尺寸逐渐减小空隙增大。这正是喷涂间隔 从100增加到120时，热导率出现大幅度下降产生的原因。四种不同喷涂间隔 样品断口形貌SE照片样品的形貌状态与前文所得到的结论得到较好的对应关系：随着喷涂间隔 的增大，涂层中孔隙增多，导致热导率下降。细晶粒以及其周围孔隙可以有效进步涂层的隔热性能，同时，在热循环过程中较为疏密的构造可以一定程度进步样品的应变容限，进而增加涂层的抗热冲击性能。但是，较大较多的孔隙，尤其是靠近金属粘结层的部分，也容易造成粘结层的氧化增厚，对涂层的抗氧化性造成影响，同时对涂层和基体的结合程度产生不利影响。在实际使用过程中必须对两方面因素予以权衡。3完毕语用超音速等离子喷涂的方法制备热障涂层样品，研究喷涂间隔 对其性能的影响。总体上，该工艺涂层质量