等离子制备陶瓷涂层显微组织特性分析

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1、等离子制备陶瓷涂层显微组织特性分析朱海云，孙宏飞，李业超(山东科技大学材料学院，青岛266510)[摘要]本文采用等离子喷涂方法用纳米氧化锆粉末制备热障涂层，并对其微观组织特性进行观察分析。研究表明，涂层由熔融区和半熔融区组成，涂层中含有较多孔隙，其形貌为主要为长条形和近球形，未发现贯穿性孔洞；涂层有细小裂纹，无明显的方向性；涂层中颗粒熔化长大程度不同，部分颗粒脱离纳米级成为微米级。[关键词]等离子喷涂，纳米氧化锆，陶瓷涂层，显微组织，特性StudyonmicrostructurecharacteristicofplasmasprayedceramicscoatZhuHaiyun,SunHon

2、gfei,LiYechao（MaterialInstitute,ShandongUniversityofScience＆Technology266510）[abstract]Inthispaper,thermalbarriercoatingwaspreparedbyplasmaspraywiththenanometerzirconiumoxidepowderandthecharacterofthecoating’smicrostructurewasobserved.Theresultshowedthatthecoatingwascomposedofthefusingareaandhalffus

3、ingarea.Onthecoating,Manyporeswereobservedwhoseshapearemainlystripeorsubspherical,butnoperfoliatepores;Thereweresometinycracklesinthecoatingwhichhadnodirectivity;Inthecoating,theparticlesgrowupindifferentdegree,someofthemwereseparatedfromananometerleveltoamicronlevel.[Keyword]plasmaspray,nanostructu

4、ragglomeratedZrO2,ceramicscoat,microstructure,property0引言随着火箭发动机向高推力、高效能发展，发动机燃烧室内气流温度不断提高，进气口温度已接近1700℃，现有的高温合金和冷却技术已不能来满足日益苛刻的服役环境。因此，高温合金必须采用高温涂层加以防护。热障涂层技术(Thermalbarriercoatings，TBCs)[1]是目前高性能火箭发动机热端部件采用的先进涂层技术。热障涂层由热绝缘陶瓷层（陶瓷表层）和金基金项目：无作者简介：朱海云，女，1982年生，山东科技大学材料学院硕士研究生金属底层（粘结底层）所组成，一般用等离子喷涂制备。利

5、用陶瓷的高耐热性、抗腐蚀性和低导热性，热障涂层实现对基体合金的保护。由于纳米材料具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应及量子隧道效应等特性[2]，使纳米陶瓷粉末在热障涂层的应用上具有极大的潜在应用价值，以进一步提高热障涂层的使用性能和使用寿命。1陶瓷涂层试样的制备据文献报道[2-4]，由纳米陶瓷团聚粉末制备的陶瓷涂层，与传统陶瓷涂层相比，其表面更加平整、致密，孔隙和微裂纹更细小。与微米陶瓷热障涂层相比，纳米陶瓷热障涂层的热震性能提高30%以上；纳米氧化锆涂层的热导率比普通氧化锆涂层热导率大约降低36%；纳米热障涂层隔热效果好于普通热障涂层，比普通热障涂层高31℃。纳米氧化锆涂层的强硬度、高韧性

6、、抗热冲击性，以及低的热导率、弹性模量，使涂层使用温度可达1350-1450℃。本试验应用等离子喷涂方法制备氧化锆陶瓷涂层，基体材料用GH3030镍基高温合金，主要用于800℃以下工作的涡轮发动机燃烧室部件和1100℃以下要求抗氧化但承受载荷很小的其它高温部件[5]。粘结底层粉末镍铬钴铝钇(NiCoCrAlY)；纳米陶瓷粉末采用6~8%Y2O3部分稳定的纳米氧化锆粉末；喷涂系统采用国内研制的等离子喷涂系统，主气和送粉器采用氩气，辅气采用氢气。本试验中，经优化的等离子喷涂工艺参数见表1。表1.等离子喷涂陶瓷涂层工艺参数Table1Theoptimumparametersofplasmaspray

7、电压V电流A主气流量L/min次气流量L/min送粉气流量L/min送粉速度g/min喷涂距离mm605505032.5251002涂层显组织特性分析对于制备好的热障涂层，采用KYKY-2800B型扫描电镜、JSM-6700F型场发射扫描电子显微镜和H-800型透射电子显微镜，分析纳米陶瓷涂层组织结构特点。2.1涂层表面形貌分析氧化锆陶瓷涂层孔隙为长条形和近球形，未有贯穿性孔洞，有微裂纹。如图2.