【摘要】：目的研究等離子噴涂熱障涂層微觀組織與高溫力學(xué)性能,為熱障涂層在合金鋼的應(yīng)用及其失效機(jī)制提供理論支撐。方法采用等離子噴涂技術(shù)在30Cr Mn Si A鋼基體上制備Ni Co Cr Al Y/YSZ熱障涂層,利用掃描電鏡顯微觀察、物相分析、熱震試驗、拉伸試驗等技術(shù)方法,考察涂層在高溫條件下的失效行為。結(jié)果合金鋼等離子噴涂熱障涂層為典型雙層層片狀結(jié)構(gòu),YSZ涂層僅含有穩(wěn)定四方相。800℃時,涂層試樣拉伸試驗后的斷裂載荷與無涂層試樣相比高10%。熱障涂層的抗熱震性良好,經(jīng)900℃熱震循環(huán)試驗10次后,涂層完好;經(jīng)1000℃熱震循環(huán)6次后,涂層剝落失效,剝落面位于粘結(jié)層與基體之間。熱震循環(huán)過程中,鋼基體被氧化甚至腐蝕。涂層試樣邊緣產(chǎn)生應(yīng)力集中,隨著熱震次數(shù)的增加,裂紋逐漸擴(kuò)展,最終導(dǎo)致涂層成塊剝落。溫度由700℃升至900℃,Ni Co Cr Al Y涂層硬度下降幅度大于YSZ涂層和30Cr Mn Si基體。結(jié)論粘結(jié)層與鋼合金基體的熱膨脹不匹配是導(dǎo)致熱震試驗涂層剝落的主要原因。熱障涂層的隔熱作用使涂層試樣的基體溫度較低,導(dǎo)致其斷裂載荷與無涂層試樣相比較高。
【圖文】：

ū本┛笠毖芯孔?院的KF230），YSZ粉末形貌見圖1，顆粒為球狀，粒度約為40～100μm。金屬粘結(jié)層與陶瓷隔熱層均采用SulzerMetco9MC型等離子噴涂系統(tǒng)制備，其中粘結(jié)層厚度約為100μm，陶瓷層厚度約為300μm。涂層熱震試樣尺寸為40mm×40mm×5mm，涂層高溫拉伸試樣為標(biāo)準(zhǔn)試樣。表130CrMnSiA主要化學(xué)成分Tab.1Chemicalcompositionof30CrMnSiAsteelwt.%CSiMnCrNi0.28～0.340.90～1.200.80～1.100.80～1.10≤0.40表2NiCoCrAlY粉末化學(xué)成分Tab.2ChemicalcompositionofNiCoCrAlYpowderwt.%NiCoCrAlY余量232560.5圖1YSZ粉末表面形貌Fig.1SurfacemorphologyofYSZpowder1.2方法1.2.1試樣制備噴涂前，基體采用200~500μm的白剛玉砂進(jìn)行噴砂處理，噴砂壓力為0.4～0.6MPa，噴砂角度為60°～90°。采用SulzerMetco公司9MC高能等離子噴涂系統(tǒng)進(jìn)行涂層制備，優(yōu)化后的等離子噴涂工藝參數(shù)見表3。

擾繽?熱障涂層質(zhì)量檢驗》，將涂層試樣在設(shè)定溫度下保溫10min后，迅速放入常溫環(huán)境下的水中急冷，在水中放置1min后，將試樣表面擦拭干凈，繼續(xù)在設(shè)定溫度保溫10min。如此反復(fù)進(jìn)行，直至涂層開裂或剝落面積大于5%，判定為涂層失效。1.2.5高溫硬度測試涂層高溫硬度采用HRN/T150高溫洛氏硬度試驗系統(tǒng)進(jìn)行測試，主試驗力為45kg，參照GB/T230—2009《金屬材料洛式硬度試驗》，分別在700、800、900℃測試涂層和基體的高溫洛氏硬度，以評價高溫環(huán)境對涂層和基體力學(xué)性能的影響。2結(jié)果與討論2.1涂層微觀形貌及物相分析圖2和圖3是采用優(yōu)化后的等離子噴涂工藝參數(shù)制備的涂層表面與截面形貌。粘結(jié)層厚度約為100μm，陶瓷層厚度約為300μm�；w與粘結(jié)層界面、粘結(jié)層與陶瓷層界面的界線明顯。等離子噴涂過程中，熔融或半熔融的粉末粒子高速撞擊基體或者先沉積的涂層后發(fā)生劇烈變形，導(dǎo)致粒子流動扁平化并急速冷卻凝固成“薄餅狀”，形成典型的“層片狀結(jié)構(gòu)”[9]，，見圖4。粒子高速飛行，不可避免地受環(huán)境氣氛的影響，導(dǎo)致涂層中含孔隙、氧化粒子和其他雜質(zhì)，熔融圖2不同放大倍數(shù)的熱障涂層表面形貌Fig.2ExternalmorphologiesofTBCsondifferentmagnification圖3不同放大倍數(shù)的熱障涂層截面形貌Fig.3Cross-sectionmorphologiesofTBCsondifferentmag-nification
【作者單位】： 西南技術(shù)工程研究所;中航工業(yè)北京航空制造工程研究所;
【基金】：國防基礎(chǔ)科研項目(A1020132032,A0520132002) 國防技術(shù)基礎(chǔ)項目(JSCG2016209B005)~~
【分類號】：TG174.442

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 牟仁德;王占考;陸峰;舒煥p

本文編號：2536980