等离子喷涂梯度涂层的显微组织结构和性能.pdf

第25卷第6期沈阳工业大学学报Vol125No16
2003年12月JournalofShenyangUniversityofTechnologyDec.2003

材料科学与工程文章编号:1000-1646(2003)06-0468-03

等离子喷涂梯度涂层的显微组织结构和性能

赵海涛,贾薇,张学萍
(沈阳工业学院材料工程分院,辽宁沈阳110016)

摘要:针对低散热发动机主要部件铝活塞顶部制备热障涂层的需要,用等离子喷涂法在铝基体
上制备出梯度涂层,对其性能与显微组织结构进行了研究.抗热震实验结果表明,梯度涂层具有较
高的结合强度.金相显微观测结果表明,梯度热障层结构致密,由基体至涂层表面,形成5种无宏
观结合界面的成分呈梯度变化的组织结构.
关键词:梯度涂层;等离子喷涂;显微组织结构
中图分类号:TG244文献标识码:A

金属2陶瓷梯度复合涂层是近年来随着现代分重要的意义[5].本文对等离子喷涂梯度涂层
航空、航天、兵器等高技术的迅速发展开发出来的ZrO2/NiCrCoAlY进行抗热震试验、金相分析来
一种新型热障涂层,它一侧是具有高强度、高韧性研究梯度涂层的组织和性能.
的金属材料,另一侧是具有耐高温特性的陶瓷材
试样制备
料,并让材料的组成、结构等从一侧到另一侧连续1
变化.这种非均质的复合涂层综合了金属与陶瓷基体材料:国产共晶铝硅合金(主要成分:80
的优点,并能使涂层内部因热物性差异而产生的～85w%Al,8～14w%Si,210～310w%Ni,015
应力得到缓和,以减少克服涂层的热应力破坏,涂～115w%Cu,017～113w%Mg及微量Mn、Fe、
层的抗热震性能因此得以显著提高[1,2].Zn、Ti等),基体厚5mm.

由于等离子喷涂工艺的独特性,与其它工艺喷涂用粉末:粒度为013μm的ZrO228w%

制备的复合材料相比,由熔融的流散变形金属粒Y2O3、粒度为5μm的Ni223Cr217Co213Al2015Y
子和陶瓷粒子相互堆积,并经快速凝固和冷却形w%.
成的金属陶瓷梯度具有不同的组织结构
2TBCs将NiCrCoAlY粉末与ZrO2粉末过筛后按不同
[3,4]
分布特征和性能.研究TBCs的性能和组织结配比(w%)均匀混合,用METCO送粉器送入等离
构特征对于深入了解等离子喷涂工艺特性和涂层子喷枪,在等离子射流体内被熔化,并获得高速度,
的热震失效机理,改善涂层的使用性能都具有十沉积于铝基体上制得如图1所示的涂层试样.

个相同的样品做抗热震试验,规格为20mm×20
2试验结果及分析
mm×5mm,将试样边缘及棱角用细锉打磨圆滑,
211抗热震试验防止产生应力集中而导致涂层过早破坏.
从制备的试样FC、GC和NC上分别截取3将3个相同的试样一同置于刚玉坩锅中作平

收稿日期:2003-03-10
作者简介:赵海涛(1976-),女,黑龙江齐齐哈尔人,助教,硕士.
第6期赵海涛等:等离子喷涂梯度涂层的显微组织结构和性能469

行测定,把其放入525℃的X24210型高温炉中恒
温20min,取出迅速放入15℃的去离子水(防止
引入杂质离子)中,在水中静置片刻后取出,用
XTL21型连续变倍立体显微镜观察涂层表面是
否出现裂纹或脱落,若无裂纹或脱落作为一次热
冲击循环,然后再把试样放入炉内,依次循环,直
至涂层出现裂纹或脱落.分别记录试样的热循环a
次数,并求其平均值作为衡量热障涂层抗热震性
能的判据.
试验结果如表1所示.

表1抗热震试验结果
Table1Testresultsofhotshock
序号热循环次数备注
b
FC59取3个试样
GC68作平行测定
NC10取平均值

抗热震实验结果表明:以NiCrCoAlY与ZrO2
组成的梯度TBCs比非梯度TBCs具有更好的抗
热震性.这是由于采用梯度技术消除了传统热障
层中陶瓷与金属之间的宏观界面,缓和了涂层中c
因热膨胀系数不匹配所引起的热应力突变,涂层图2梯度TBCs中各成分区域的金相组织照片
牢固程度显著增加,因而有效地提高了涂层的抗Fig.2MetallographofTBCsoncomposition
含区域含区域
热震性能.又由于低温生长镍层的引入,使得涂层a25%ZrO2b50%ZrO2
含区域
与基体结合更加牢固,因而带有低温生长镍层的c75%ZrO2
梯度TBCs表现出更为优越的抗热震性能.二相粒子的尺寸相当不均匀,有的以细小粒子形
212金相显微观测态弥散分布,有的则保留了熔融粒子的流散变形

从制备的试样GC上截取一个样品,规格为形态,以粗大条带状存在.NiCrCoAlY与ZrO2两
10mm×10mm×5mm,用环氧树脂固化以保护种粒子在原始喷涂混合粉中分布的均匀程度对组
涂层.先用砂纸进行粗磨