随着航空工业的发展,提高航空发动机的高流量比、高推重比、高进口温度的性能日益迫切,而现有的高温合金和冷却技术难以满足需要。为此,在高温合金表面涂覆热障涂层变得极为重要[1]。热障涂层(ThermalBarrier Coatings,TBCs)是指可以为零件提供有效的绝热、抗氧化作用,从而提高零件使用温度、降低冷却要求的涂层系统。由于陶瓷层和金属基体热膨胀系数存在差异,在涂层制备和使用过程中均会产生较大的热应力,从而导致涂层寿命降低。为了改善涂层和基体的物理相容性,常在基体和陶瓷层之间添加一层或几层过渡层。从以往研究的陶瓷层材料来看,可能适用于高温热障涂层的陶瓷材料主要有氧化锆、氧化锆/氧化铝、氧化铝、氧化钇/氧化铈稳定的氧化锆、莫来石、锆酸镧、稀土氧化物、锆酸锶、磷酸锆、硅酸锆、钛酸锆陶瓷等,其中氧化钇/氧化铈稳定的氧化锆整体性能为最好,仍是目前广泛应用的陶瓷热障涂层。
然而,随着发动机性能的快速提高,现有的YSZ体系热障涂层已不能满足需要。可用以代替YSZ的新型热障涂层材料的开发已成为研究热点。国内外研究发现,具有萤石结构或焦绿石结构的陶瓷材料在高温下对声子有较强的散射作用,从而有较低的热导率。铪酸钇的晶格结构与氧化锆类似,同为莹石结构。但是由于钇原子的存在,降低了声子的平均自由程,因而获得了比氧化锆更低的热导率,测量值为0.9W/mK。同时铪酸钇的热膨胀系数与氧化锆接近,具有成为新型热障涂层材料的可能性。本工作采用实验室制备的铪酸钇粉末,利用等离子喷涂工艺在金属基体表面制备了热障涂层,并对涂层的基本性能进行了检测及分析。
摘要:采用大气等离子喷涂(APS)设备在高温合金(GH49)基体上制备了Y:Hf:O,热障涂层。采用金像显微镜对所制得涂层的截面进行观察,并对其孔隙率进行测量,测得结果为13.77%。采用对耦拉伸法对制得涂层的结合强度进行测试以检验涂层基本性能,所得结合强度为25.13MPa。为检验涂层抗热冲击性能,对涂层试样实施整体热冲击实验。经10次整体热冲击后表现为边缘处出现少量的剥落,其失效主要是在陶瓷层粒子与黏结层的界面处。陶瓷层与金属黏结层界面处因热膨胀系数差异导致的热应力和陶瓷层自身强度较低是涂层失效的主要原因。
关键词:等离子喷涂;铪酸钇;热胀涂层;抗热冲击性能
略
3结论
(1)穿过等离子高温束流后,铪酸钇粉末并未发生相变、分解或反应。表明铪酸钇具有较好的热稳定性和化学稳定性,可适用于大气等离子喷涂。
(2)涂层各界面结合良好,未发现明显的开裂,但在一些位置存在孔隙。铪酸钇涂层内部存在有一定量的孔隙和微裂纹。这些缺陷是由涂层中变形颗粒的搭接或熔化较差的颗粒变形形成的。
(3)制备的铪酸钇热障涂层结合强度为25.13MPa,其结合强度与国内外报道的YSZ涂层相比数值较低。涂层制备参数仍需针对结合强度进行优化。
(4)试样边缘处界面的强度远低于中心位置的界面强度,热冲击环境下,涂层的边缘位置更容易失效,涂层试样的中心部位界面结合良好,但铪酸钇涂层内部的缺陷在应力作用下会导致局部横向裂纹的萌生与扩展。
参考文献略
本站文章未经允许不得转载;如欲转载请注明出处,北京桑尧科技开发有限公司网址:http://www.sunspraying.com/
|