資源描述：
《ZrO_2熱障涂層耐高溫沖刷性能研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、ZrO2熱障涂層耐高溫沖刷性能研究簡中華,王富恥,曹素紅(北京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,北京100081)摘要:采用等離子噴涂工藝制備了NiCoCrAlY/ZrO2熱障涂層,利用超音速火焰噴涂(HVOF)ZrO2粒子高速?zèng)_刷涂層表面,考察ZrO2熱障涂層的耐高溫沖刷性能。結(jié)果表明,等離子噴涂NiCoCrAlY/ZrO2熱障涂層具有較好的耐高溫沖刷性能,經(jīng)高溫高速粒子沖刷20s后,涂層與基體結(jié)合良好,涂層完整,未出現(xiàn)大面積的剝落。等離子噴涂ZrO2熱障涂層高溫沖刷的主要磨損機(jī)理為脈動(dòng)沖擊作用造成的裂紋擴(kuò)展、涂層顆粒變形磨損和微切削。涂層
2、的耐高溫沖刷性能主要取決于涂層的硬度。關(guān)鍵詞:熱障涂層;高溫沖刷性能;變形磨損;微切削中圖分類號:TG4385文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A近年來,熱障陶瓷涂層以其耐熱、抗腐蝕和導(dǎo)熱間分別設(shè)為10s,15s,20s。采用精度為01mg的率低等優(yōu)良性能而被廣泛用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的表面改DT100光電天平對沖刷前后試樣稱重。由于沖刷[12]性。傳統(tǒng)上,常采用循環(huán)加熱冷淬或高溫高速中心位置處火焰溫度相對較高,顆粒動(dòng)能較大,涂層熱流沖刷的方法考察涂層的結(jié)合強(qiáng)度、隔熱以及抗厚度損失較明顯,因此,利用千分尺對試樣沖刷中心[35]熱震等性能。然而,航空發(fā)動(dòng)
3、機(jī)燃燒室的工作環(huán)處的厚度進(jìn)行測量。采用JSM5600LV型掃描電境十分苛刻,不僅工作溫度高,而且存在大量溫度接子顯微鏡觀察沖刷試驗(yàn)后涂層表面形貌。近3000左右的高溫凝相顆粒,在高速燃?xì)饬鲾y2試驗(yàn)結(jié)果分析帶下劇烈沖刷發(fā)動(dòng)機(jī)各部件,從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使[68]21涂層質(zhì)量及厚度損失用性能。本文即針對這一問題,采用等離子噴涂工藝制備NiCoCrAlY底層及部分穩(wěn)定ZrO2熱障表2為沖刷前后涂層質(zhì)量及沖刷中心位置厚度的測量結(jié)果。圖1、圖2分別為涂層質(zhì)量損失及涂工作涂層,利用超音速火焰噴涂ZrO2顆粒沖刷熱層沖刷中心位置厚度損失與沖刷持續(xù)
4、時(shí)間的關(guān)系。障涂層表面,模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境,通過測定由圖1、圖2可見,在高溫高速粒子沖刷作用下,涂不同沖刷時(shí)間下涂層的質(zhì)量損失和厚度損失,并觀層質(zhì)量損失及涂層沖刷中心位置厚度損失與沖刷時(shí)察涂層沖刷后的形貌特征,分析ZrO2熱障涂層的間呈非線性遞增的關(guān)系,表明隨著沖刷時(shí)間的增加,耐高溫沖刷性能。涂層質(zhì)量減小,厚度變薄,且其質(zhì)量損失量與厚度損1試驗(yàn)方法失量隨沖刷時(shí)間的延長而增大,涂層破壞加快。此外,由表2及圖2可以看出,當(dāng)沖刷時(shí)間持續(xù)到20s基體材料選用45鋼,制成圓柱形,直徑36時(shí),ZrO2涂層厚度損失值達(dá)到03mm,小于ZrO2m
5、m,厚度10mm。噴涂粉末選用NiCrCoAlY和部涂層本身的厚度(接近05mm),基體上涂層覆蓋分穩(wěn)定的ZrO2。噴涂設(shè)備采用PRAXTAFA公司完整,未出現(xiàn)暴露,這說明ZrO2涂層具有較好的耐的5500等離子噴涂裝置。噴涂工藝參數(shù)見表1。高溫高速粒子沖刷的性能。測得涂層整體厚度平均值為07mm,其中ZrO2工表2沖刷前后試樣質(zhì)量及厚度作涂層厚度平均值為05mm。涂層沖刷時(shí)沖刷前沖刷后表1噴涂工藝參數(shù)編號間/s測重/g測厚/mm測重/g測厚/mm電流主氣Ar輔氣He載氣噴涂次粉末粒11081918510622817837
6、10459成分/A/SCFH/SCFH/SCFH數(shù)/次徑/m2158194151077281765610560NiCrCoAlY6001201511445~803208266331098082367110674ZrO2900120159620~4522涂層形貌分析采用超音速火焰噴涂部分穩(wěn)定ZrO2粉末進(jìn)行圖3為不同沖刷持續(xù)時(shí)間內(nèi)ZrO2涂層的表面高溫沖刷試驗(yàn)。超音速火焰噴涂溫度較低,噴涂顆宏觀形貌。如圖3所示,ZrO2涂層經(jīng)高溫高速粒子粒的飛行速度高,可以減少ZrO2顆粒在火焰中的沖刷后,涂層與基體結(jié)合良好,表面
7、未出現(xiàn)明顯的涂熔化,使其以固態(tài)或固液混合狀態(tài)沖刷涂層表面。層剝落現(xiàn)象。如圖3a所示,當(dāng)沖刷時(shí)間t達(dá)到10s沖刷距離為200mm,沖刷角度為30,沖刷持續(xù)時(shí)時(shí),經(jīng)沖刷作用的ZrO2涂層表面與未沖刷涂層表66《新技術(shù)新工藝》材料與表面處理技術(shù)2006年第7期成的脈動(dòng)沖擊作用超過涂層材料的彈性極限時(shí),涂[89]層將沿切向發(fā)生變形磨損和微切削。另外,在高速粒子脈動(dòng)切向作用下,涂層表層結(jié)合強(qiáng)度較弱的顆粒與周圍顆粒間的結(jié)合易被破壞,顆粒從涂層主體中剝落。由圖4c所示,沖刷時(shí)間增至15s時(shí),裂紋擴(kuò)展較為嚴(yán)重,涂層顆粒進(jìn)一步被磨平,涂層更加
8、光滑,且顆粒剝落形成的凹坑也由圖4b中的較為尖圖1涂層質(zhì)量損失與沖圖2涂層厚度損失與沖銳形貌向底部及邊緣更加圓滑形過渡,這說明凹坑刷時(shí)間關(guān)系刷時(shí)間關(guān)系在后
