激光重熔等离子喷涂纳米氧化锆热障涂层组织与性能研究

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要随着现代航空航天工业的发展，常规热障涂层已经不能满足高温热端部件日益提高的性能要求。因此研究工作者开始将纳米技术、激光重熔表面处理技术与等离子喷涂技术结合起来，期望获得具有更好性能的热障涂层。本文采用大气等离子喷涂纳米氧化锆(Zr02．8％Y203)团聚粉末制备了纳米氧化锆热障涂层，并利用连续C02激光对其进行重熔处理。以常规热障涂层作为比较对象，系统地研究了纳米氧化锆热障涂层和激光重熔涂层的组织结构、物相组成和性能特点(抗热冲击性能、耐摩擦磨损性能、高温稳定性能)。纳米氧化锆热障涂层组织结构及其性能试验结果分析表明：纳米氧化锆热障涂层展现出独特的纳

2、米．微米复合结构，主要由柱状晶和未熔融或部分熔融纳米颗粒组成。非平衡四方相是纳米氧化锆热障涂层的主要物相，涂层不含有单斜相。和常规热障涂层相比，纳米氧化锆热障涂层拥有更好的抗热冲击性能。这主要得益于其相对致密的结构以及微裂纹、纳米晶粒、小孔径孔隙的应力缓释作用。纳米氧化锆热障涂层高温稳定性能性能试验结果表明，涂层晶粒度随着服役温度和服役时间的增加而增加，但是仍保持纳米结构；涂层物相组成不随服役环境的变化而变化。因此纳米氧化锆热障涂层拥有很好的高温稳定性能。纳米结构涂层的耐高温摩擦磨损性能优于常规热障涂层。激光重熔试验结果显示，随着激光重熔工艺参数的变化，重熔涂层很容易产生“凹坑”、“涂层剥

3、落”、“气孔"等缺陷。但是通过优化激光重熔工艺参数是可以获得质量良好、无缺陷的激光重熔涂层。随着激光比能量的逐渐增加，涂层组织结构由单一的柱状晶逐渐变为柱状晶和等轴晶的复合结构。激光重熔涂层的X射线衍射结果证实了重熔涂层的组织分析结果。激光重熔表面处理可以显著提高热障涂层的抗热冲击性能，表面等轴晶对外界腐蚀介质的封闭作用、断面柱状晶和表面网状微裂纹的热应力缓释机制，是拥有复合结构的重熔涂层展现出最优抗热冲击性能的主要原因。通过以上试验分析可以得出，将纳米技术和激光重熔表面处理技术与等离子喷涂技术结合起来制备热障涂层是提高热障涂层性能的非常有前景的工艺方法。关键词：等离子喷涂、纳米氧化锆热障

4、涂层、激光重熔、组织性能西南交通大学硕士研究生学位论文第1f页AbstractItisgraduallydifficultforconventionalthermalbarriercoatings(TBCs)tosatisfytheincreasingrequirementsfortheperformanceofthehightemperaturecomponentswiththedevelopmentofmodernaeronauticandspaceindustry．Sothenanometertechnologyandlaserglazingarecombinedwithatmosp

5、hericplasmasprayinginordertoprepareTBCswithbetterperformance．InthethesisthenanostructuredzirconiaTBCsweremanufacturedbyatmosphericplasmasprayingusingthenanostructuredzirconiaagglomeratedpowders，andtheC02laserbeamwiththecontinuouswavewasappliedtothelaserglazingofnanostructuredTBCs．Andthemicrostruct

6、ures，phasecompositionandproperties(thermalshockresistance，frictionandweal-propertyandhightemperaturestability)ofnanostructuredTBCsandas—glazedTBCsweresystematicallyinvestigatedcomparedtoconventionalTBCs．TheexperimentalresultsofmicrostructuresandpropertiesofthenanostructuredTBCsindicatedthatthenano

7、structuredTBCsexhibitedauniquecomplexmicrostructureconsistingofcolumnargrainsandnon—meltedorpartialmeltednanosizedparticles．XRDanalysisshowedthatthemetastabletetragonalphasewasthemajorpredominantphaseofthenanostr