爆炸喷涂空心球形氧化锆热障涂层的抗热冲击性能.pdf

第卷第期今庵学玻
年月一页一

爆炸喷涂空心球形氧化错热障涂层的抗热冲击性能

柯培玲武颖娜王启民宫骏孙超闻立时
中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室,沈阳

摘要在镍基高温合金基体上制备双层结构的热障涂层粘结底层采用电弧离子镀技术制备的涂层,
陶瓷顶层采用爆炸喷涂技术制备的部分稳定的陶瓷涂层,粉末采用普通实心粉、空心球形粉

对制备的热障涂层进行热导率测定和热冲击性能实验结果表明爆炸喷涂制备的空心陶瓷层涂层具有低的热导率和良好的
抗热冲击性能

,,,,
关键词电弧离子镀爆炸喷涂空心球形粉热导率热冲击
中图法分类号文献标识码文章编号一一一

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为满足高性能燃气轮机不断提高推重比和寿命的要的热导率和热扩散系数,实现隔热功能由于引起
求,除发展新型高温材料,改进热端部件设计及采用气膜失效的最主要原因是热膨胀失配造成内应力增大和粘结
冷却技术外,热端部件表面沉积热障涂层层氧化削弱了陶瓷层的附着力,因此,热障涂层的设计及
,可以显著提高现有高温合金工作温制备应考虑改善粘结层的抗氧化性适当提高陶瓷层气
度和发动机效率〔‘一〕热障涂层一般是由合孔率,获得较大的应变容限,同时兼顾隔热性能

、、
金粘结层和部分稳定陶瓷层组成采用电弧离子镀可获得结合牢固组织致密抗氧化
粘结层可保护基体在高温下免受高温氧化和热性好的粘结层爆炸喷涂是一种热喷涂技术,在爆炸喷涂

,,
腐蚀,并实现陶瓷层与基体热膨胀系数的过渡,以降低热过程中粉末粒子对基材撞击力大断续爆炸喷涂抑制了

,
膨胀系数不匹配引起的热应力而陶瓷层利用其低基材的升温使获得的陶瓷层涂层具有结合强度
好、隔热性好、抗热冲击性好的优点两种技术的结合有
望制备出高质量的系统

中国科学院方向性创新资助项目一一空心球形陶瓷粉末

,
收到初稿日期一一,收到修改稿日期一一与商用实心陶瓷粉末相比具有流动性

,
作者简介柯培玲,女,年生,博士生好,熔化特性好,沉积率高等优点同时空心陶瓷层
金属学报卷

拼,
涂层存在较高的闭气孔率高于,体积百分数,使涂度为一其形成原因为采用爆炸喷涂方法在粘结层
,
层的平均热导率降低了,兼具较好的抗热冲击性能上喷涂陶瓷层的过程中陶瓷层喷涂瞬间使粘结层
利用空心球形陶瓷粉末,配合制备工艺优化,能够表面加热发生氧化
,
改善抗失效能力,提高热障涂层的使用寿命图为沉积态空心陶瓷层的截面形貌可以看出爆

、,
本文采用电弧离子镀技术沉积粘结炸喷涂空心粉陶瓷层内气孔微裂纹多且均匀分布测定
,
层、爆炸喷涂技术喷涂空心陶瓷顶层的复合工艺二种涂层的密度得到普通粉陶瓷层为扩
制备热障涂层,进行了热导率测定和抗热冲击性能研究,对应的宏观平均气孔率为空心粉陶瓷层为
”,·
探索新型制备工艺及技术对应的宏观平均气孔率为适当垂
直分布的微裂纹有利于提高的抗热冲击能力同
实验方法
,粘结层与陶瓷层之间因热膨胀系数不匹配而产生的应
,时力

试样基材为基高温合金合金成分,
撅,以层内和洞的胀和压
·可通过瓷纹孔膨得
··陶微裂自由缩
量分数,,下同为,,

·
,,,,,余量
试样尺寸为边缘处有一直径
为的小孔,以便悬挂采用电弧离子镀和爆炸喷
涂复合工艺制备双层结构热障涂层粘结层采用电弧离子
镀技术制备,合金靶材成分为一一刁,
基材经研磨、清洗、喷砂目玻璃丸,湿喷、烘干
处理后,置于一一型电弧离子镀设备真空室内
真空度为火一时,先对试样溅射清洗,然后沉积
涂层,厚度一拼陶瓷层为一
,喷涂用普通实心粉粒度为一户、空心
球形粉粒度为一拼,采用计算机控制爆炸喷涂设
备对基材进行喷涂,涂层厚度为拼
对喷涂后的试样进行热冲击实验,实验过程为将试
样放入℃的高温炉中保温,出炉水淬冷却
后观察试样表面,再把试样放入炉中保温,如此循环至约
面积的涂层剥落视为涂层失效通过测定涂层剥落前
所承受的热冲击次数,来评价涂层的抗热冲击性能用带
能谱的扫描电镜、射线衍射
等分析手段对样品进行观察分析
热导率测试用样品采用爆炸喷涂方法在基片上直接
制备涂层,陶瓷层剥离后经粉研磨成直径
,厚度约的试样,表面镀根据热

··
导率入。几,在一型激光脉冲热导仪上采用激
光法测定热扩散系数。,利用排水法测定密度,比热伟
从材料热物理量手册中查阅,从而求得陶瓷层涂层
的热导率阅
实验结果与讨论
热障涂层的形貌和结构
图为沉积态陶瓷层热障涂层的截面
形貌,由图可以看出采用电弧离子镀和爆炸喷涂复合工

、图沉积态热障涂层的截面形貌
艺制备的热障涂层中,粘结层均匀致密,

,一汉卜
厚度为一拼粘结层界