大气等离子喷涂 ZrO2与 Sm2Zr2O7热障涂层的热冲击性能
耿向前，王迎辉，张红松
中国陶瓷
内容导读：喷焊工艺对镍基自熔合金粉末涂层组织和性能究竟有哪些影响？喷焊层能否与基体有良好的结合强度？为了解决这些问题，本文进行了实验研究，得出了理想的成果。
【摘 要】：采用 ANSYS 软件计算了等离子喷涂 Sm2Zr2O7和 ZrO2热障涂层的冲击热应力，并与试验结果进行了对比。结果表明，涂层表面存在较大的径向冲击热应力，该应力在冷却 5 秒后达到最大值后趋于平稳，并在距离试样中心12mm 处急剧下降。在表面陶瓷层 / 金属粘结层界面处亦存在较大的冲击热应力梯度。由于 Sm2Zr2O7涂层中较大的热冲击应力使得其抗热冲击性能低于 ZrO2涂层，试验结果与有限元计算结果吻合良好。
【关键词】：等离子喷涂，热障涂层，金属陶瓷粉末，热冲击，有限元，热应力
引 言
热障涂层（Thermal Barrier Coatings, 简 称TBCs）由于能够有效降低先进发动机热端部件的表面温度并提高其燃油经济性，而在先进发动机技术领域获得了广泛应用[1]。随着先进发动机向高流量比、高涡轮进口速度及高推重比方向的发展，发动机关键部件将要承受更高的温度（大于 1600℃）。在如此高的温度下，现役氧化钇部分稳定氧化锆 (Y2O3 stabilized zirconia partially, 简称 YSZ) 热障涂层由于其陶瓷材料 YSZ 在高温下的相变、烧结收缩严重等问题已难以满足先进发动机进一步发展的需要[2]。为此，广大学者开始致力于寻求新型热障涂层用陶瓷材料以取代 YSZ[3]。在已经及现在研究的热障涂层用陶瓷材料中，化学式为 Ln2Zr2O7(Ln 代表稀土元素 ) 的稀土锆酸盐由于其良好的热物理性能被认为是最有潜力取代 YSZ 的陶瓷材料[4]。然而，目前主要集中于研究稀土锆酸盐的热物理性能，有关该类材料热障涂层性能的研究鲜有文献报到道。在等离子喷涂制备的热障涂层中，由于陶瓷与金属之间热物理性能的差异，当涂层在急冷急热的工况下使用时，涂层内部会形成较大的热冲击应力而造成涂层的剥落失效 , 水淬法常用来评价等离子喷涂热障涂层的热冲击性能，但目前尚无等离子喷涂稀土锆酸盐热冲击性能的报道[5]。为此，本文采用 ANSYS 软件计算了同种基体的等离子喷涂 YSZ 与 Sm2Zr2O7涂层热冲击过程中的热应力，并与热冲击实验结果进行了对比。
参考文献略
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