Dy2O3-ZrO2-CaF2-聚苯酯粉末材料作为燃气轮机高压涡轮可磨耗封严涂层材料。采用化学共沉淀法合成Dy2O3-ZrO2封严涂层基相材料, 应用等离子喷涂工艺在镍基高温合金基体上沉积Dy2O3-ZrO2-CaF2-聚苯酯涂层, 涂层经500℃热处理8小时去除聚苯酯形成孔隙, 获得Dy2O3-ZrO2-CaF2可磨耗封严涂层。
图1、图2分别为900℃条件下涂层磨损表面典型形貌及涂层典型磨痕三维轮廓图。测量显示IC10合金球体磨损深度与Dy2O3-ZrO2-CaF2涂层磨损深度比值为12%, 可见涂层可磨好性能优良。
图1：涂层磨痕形貌
图2：涂层典型磨痕三维轮廓图
图3：涂层磨痕放大形貌（SEM）
图4：涂层孔隙聚集部位磨损形貌
图3为涂层磨痕放大形貌, 可以看出Dy2O3-ZrO2-CaF2涂层的主要磨损方式为层片状剥落、微观切削以及犁沟。这是由于等离子喷涂多孔Dy2O3-ZrO2-CaF2涂层材料堆积较疏松, 涂层内存在较多的孔隙、微裂纹等微缺陷, 在外力的作用下这些缺陷扩展连接, 造成涂层在磨损过程中剥离脱落。再是Dy2O3-ZrO2-CaF2涂层本身较脆、内聚强度较低 (约7MPa) , 在摩擦磨损过程中摩擦副IC10合金也可直接切削相对薄弱的涂层部位 (如孔隙或非金属聚集部位, 如图4所示部位) 。可以看出剥离脱落、切削作用、犁沟效应是本磨损试验过程中的主要的磨损机理。由于CaF2的润滑和减摩作用, 没有发现明显的粘着磨损迹象, 说明900℃条件下摩擦磨损试验中, CaF2挤出并形成润滑膜层, 明显降低涂层摩擦系数, CaF2表现出良好的自润滑特性。高温摩擦磨损试验表明Dy2O3-ZrO2-CaF2多孔涂层具有良好的自润滑及减摩功能, 900℃条件下涂层与Ni3Al基高温合金球体摩擦磨损试验中Dy2O3-ZrO2-CaF2平均摩擦系数为0.37，CaF2有效地降低了涂层摩擦系数。剥离脱落、切削作用、犁沟效应是本磨损试验过程中的主要的磨损机理。Dy2O3-ZrO2-CaF2多孔涂层具有优良的可磨耗性能, 有望应用于航空发动机及地面燃气轮机高温可磨耗封严。
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