等離子噴涂參數對隔熱涂層性能的影響

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等離子噴涂參數對隔熱涂層性能的影響

隔熱涂層（TBC）是一類特殊涂層，其在高溫腐蝕性環境（如汽車發動機等）下工作。TBC典型結構由金屬粘結層和陶瓷頂層構成，前者改進基體與頂層之間的粘結并防止基體受到腐蝕和氧化，后者必須解決隔熱、磨損和耐蝕性等問題。

等離子噴涂是TBC沉積的標準工藝，由于其在尺寸、形狀方面限制很少且成本較低而被廣泛使用。有研究者認為，有超過50個宏觀參數影響到涂層的質量。本文分析了沉積速度（即噴槍每道次噴涂的厚度）和基體預熱這2個參數對兩種標準TBC涂層系統的力學性能、微觀組織、絕熱性能以及熱循環疲勞的影響。這兩種標準涂層系統分別為NiCr-Al-Co- Y2O3/ZrO2- Y2O3和NiCr- Al-Co-Y2O3/ZrO2-CeO2-Y2O3。

使用的基體材料為不銹鋼，借助常壓等離子噴涂進行粉末的沉積。有2個可變參數，一是基體預熱溫度（21～23℃和160～180℃）；二是噴槍移動速度（250mm/s和500mm/s）,即噴槍每道次的噴涂厚度。TBC系統的質量評價包括微觀組織、顯微硬度、粘結拉伸強度和熱循環特性。結果表明，基體較高的預熱溫度保證了涂層中顆粒的良好融合，使噴涂層比較致密，幾乎無孔洞；低的噴槍速度產生較厚的噴涂層，冷卻較慢，使顆粒融合較好，孔洞較少；低的孔洞率和較好融合使涂層具有較高的顯微硬度和較高的粘結拉伸強度；基體預熱和較低的噴槍速度使涂層熱疲勞特性也有所改進；如果樣品的密度較低，則會減低絕熱能力。

刊名：Materials Science and Technology（英）

刊期：2013年第5期

作者：M.R.Mrdak et al

編譯：張英才