等离子喷涂参数对隔热涂层性能的影响



等离子喷涂参数对隔热涂层性能的影响

隔热涂层（TBC）是一类特殊涂层，其在高温腐蚀性环境（如汽车发动机等）下工作。TBC典型结构由金属粘结层和陶瓷顶层构成，前者改进基体与顶层之间的粘结并防止基体受到腐蚀和氧化，后者必须解决隔热、磨损和耐蚀性等问题。

等离子喷涂是TBC沉积的标准工艺，由于其在尺寸、形状方面限制很少且成本较低而被广泛使用。有研究者认为，有超过50个宏观参数影响到涂层的质量。本文分析了沉积速度（即喷枪每道次喷涂的厚度）和基体预热这2个参数对两种标准TBC涂层系统的力学性能、微观组织、绝热性能以及热循环疲劳的影响。这两种标准涂层系统分别为NiCr-Al-Co- Y2O3/ZrO2- Y2O3和NiCr- Al-Co-Y2O3/ZrO2-CeO2-Y2O3。

使用的基体材料为不锈钢，借助常压等离子喷涂进行粉末的沉积。有2个可变参数，一是基体预热温度（21～23℃和160～180℃）；二是喷枪移动速度（250mm/s和500mm/s）,即喷枪每道次的喷涂厚度。TBC系统的质量评价包括微观组织、显微硬度、粘结拉伸强度和热循环特性。结果表明，基体较高的预热温度保证了涂层中颗粒的良好融合，使喷涂层比较致密，几乎无孔洞；低的喷枪速度产生较厚的喷涂层，冷却较慢，使颗粒融合较好，孔洞较少；低的孔洞率和较好融合使涂层具有较高的显微硬度和较高的粘结拉伸强度；基体预热和较低的喷枪速度使涂层热疲劳特性也有所改进；如果样品的密度较低，则会减低绝热能力。

刊名：Materials Science and Technology（英）

刊期：2013年第5期

作者：M.R.Mrdak et al

编译：张英才