ZrO_2热障涂层残余应力分析.pdf

第29卷第1期材料热处理学报Vol.29No.1
2008年2月TRANSACTIONSOFMATERIALSANDHEATTREATMENTFebruary2008

ZrO2热障涂层残余应力分析

孔德军1,张永康2,朱伟1,邹世坤3
(1.江苏工业学院机械工程系,江苏常州213016;
2.江苏大学机械工程学院,江苏镇江212013;3.北京航空制造工程研究所,北京100024)

摘要:用扫描电子显微镜(SEM)观察了等离子喷涂ZrO2涂层的显微结构,并用X射线衍射法(XRD)测试了ZrO2涂层相的组成

和残余应力。同时测试了激光冲击处理和激光热处理后的ZrO2涂层残余应力分布,分析了热障涂层残余应力形成机理。结果

表明,等离子喷涂ZrO2涂层表面残余应力均为拉应力,其均值为17912MPa,经激光表面处理后的ZrO2涂层残余应力均表现为压
应力;热应力对涂层残余应力贡献最大,当热应力超过涂层结合强度时,涂层脱落,通过控制涂层残余应力可以提高涂层界面结
合强度。

关键词:ZrO2涂层;X衍射法(XRD);残余应力;激光冲击处理;激光热处理
中图分类号:TG1741442文献标识码:A文章编号:100926264(2008)0120128205

StudyonresidualstressofZrO2thermalbarriercoating
KONGDe2jun1,ZHANGYong2kang2,ZHUWei1,ZOUShi2kun3
(1.DepartmentofMechanicalEngineering,JiangsuPolytechnicUniversity,Changzhou213016,China;
2.SchoolofMechanicalEngineering,JiangsuUniversity,Zhenjiang212013,China;
3.BeijingAeronauticalManufacturingTechnologyResearchInstitute,Beijing100024,China)

Abstract:ThemicrostructureofZrO2coatingpreparedbyplasmasprayingwereobservedwithSEM,andthephasesandresidualstressofZrO2

coatingweremeasuredbyX2raydiffraction(XRD).AtthesametimetheresidualstressofZrO2coatingprocessedbylasershockandlaserheat
treatmentwasalsoexamined,respectively.Theformingmechanismofresidualstressforthermalbarrierboatingwasanalyzed.Theexperimental

resultsshowthattheresidualstressofZrO2coatingpreparedbyplasmasprayingarealltensilestress,whichaveragevalueis17912MPa.The

residualstressofZrO2coatingafterlasertreatmentconvertstocompressivestress.Theresidualstressofthecoatingismainlyattributedtothermal
stress.Thecoatingpeelsoffwhenthermalstressexceedsbondingstrengthofthecoating.Theinterfacialbondingstrengthofthecoatingcanbe
improvedbycontrolofresidualstress.

Keywords:ZrO2coat;X2raydiffraction(XRD);residualstress;lasershockprocessing;laserheattreatment

ZrO2涂层材料,与其它陶瓷材料相比,具有较高对溶胶凝胶法制备的ZrO2薄膜中应力特性进行了研
的强度、断裂韧性以及良好的耐磨损性,是第四代抗究,Schweitz等[5]用轮廓法确定了涂层界面应力。
氧化隔热涂层[1]。在喷涂过程中,由于涂层与基体热X射线衍射法(XRD)是测量残余应力最可靠的

膨胀系数(CTE)不匹配,涂层与基体结合界面产生残方法之一,到目前为止,利用XRD对热喷涂ZrO2涂
余应力,会引起涂层与基体的剥离,因此研究残余应层应力特性的研究尚未见报道[527]