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大气等离子喷涂制备三元纳米YSZ热障涂层及性能研究
摘要
本研究使用大气等离子喷涂技术制备三元纳米YSZ热障涂层。通过SEM、XRD、EDS、AFM和TEM等手段对涂层的微观形貌、晶体结构、成分组成和表面粗糙度等进行了表征。结果表明，制备得到的涂层主要由纳米YSZ和少量的氧化铝颗粒组成，涂层表面呈现出一定的粗糙度，非常适合用于热障涂层应用。同时，进行了热循环试验和热冲击试验，分析了三元纳米YSZ热障涂层的耐热性和抗热冲击性能。结果表明，该涂层在高温环境下具有良好的稳定性和强大的耐热性能，可有效维护金属结构的完整性，提高金属部件的使用寿命。
关键词：大气等离子喷涂；热障涂层；三元纳米YSZ；耐热性能；抗热冲击性能
Abstract
Inthisstudy,athree-elementnanoYSZthermalbarriercoatingwaspreparedbyatmosphericplasmasprayingtechnology.Themicromorphology,crystalstructure,compositionandsurfaceroughnessofthecoatingwerecharacterizedusingSEM,XRD,EDS,AFMandTEM.TheresultsshowedthatthepreparedcoatingwasmainlycomposedofnanoYSZandasmallamountofaluminaparticles,andthesurfaceofthecoatinghadacertainroughness,whichwasverysuitableforthermalbarriercoatingapplications.Atthesametime,thermalcyclingtestsandthermalshocktestswerecarriedouttoanalyzetheheatresistanceandanti-thermalshockperformanceofthethree-elementnanoYSZthermalbarriercoating.Theresultsshowedthatthecoatinghadgoodstabilityandstrongheatresistanceperformanceinhightemperatureenvironment,andcouldeffectivelymaintaintheintegrityofthemetalstructureandimprovetheservicelifeofthemetalcomponents.
Keywords:atmosphericplasmaspraying;thermalbarriercoating;three-elementnanoYSZ;heatresistanceperformance;anti-thermalshockperformance
引言
热障涂层是一种常见的表面涂层技术，可以有效地提高锅炉、汽轮机、涡轮等高温设备的耐热性和寿命。在高温环境下，金属表面常常受到氧化、锈蚀、腐蚀等各种因素的影响，导致其力学性能和化学性能逐渐降低，甚至出现龟裂、剥落等问题。因此，在金属表面进行涂层处理可以有效地维护金属的性能，提高其使用寿命和稳定性。
三元氧化锆（3Y-ZrO2）是一种具有良好耐高温性能的材料，可以用于制备高性能热障涂层。然而，传统的喷涂技术往往会导致涂层有很大的孔洞率和质量不稳定性等问题，从而影响到涂层的性能。为此，研究者们近年来提出了很多新型的涂层制备技术，如等离子喷涂、磁控溅射、激光沉积等，这些技术可以有效地改善涂层的质量和性能。
本研究采用大气等离子喷涂技术制备三元纳米YSZ热障涂层，并对其进行了微观形貌、晶体结构、成分组成和表面粗糙度等方面的表征，以及进行了耐热性能和抗热冲击性能测试。通过研究分析，探索三元纳米YSZ热障涂层的制备、性能及其应用前景，为涂层材料的研究和应用提供参考和借鉴。
实验
试验材料
制备三元纳米YSZ热障涂层所需的试验材料主要包括三元氧化锆、氧化铝、乙醇和二甲苯等。
制备涂层
将三元氧化锆和氧化铝两种材料按一定比例混合，并将混合物加入到大气等离子喷涂设备中，进行喷涂。喷涂过程中，控制气体流量、电弧电流、喷涂距离、进气量等因素，确保涂层均匀平整、质量稳定。
表征
用SEM、XRD、EDS、AFM和TEM等手段对制备得到的涂层进行表征。其中，SEM和AFM用于观察涂层表面形貌和粗糙度等，XRD用于分析涂层的晶体结构，EDS用于检测涂层成分组成，TEM用于分析涂层的微观结构和形貌等。
测试
将制备好的三元纳米YSZ热障涂层进行耐热性能和抗热冲击性能测试。其中，耐