等离子喷涂新型等轴晶热障涂层研究

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1、等离子喷涂新型等轴晶热障涂层大连海事大学高阳2013年11月1日，赣州什么是热喷涂？固相固相+液相液相液相+气相气相温度冷喷涂热喷涂(HVOF,PS,ARC)PS-PVD颗粒堆积部分凝固-层片状组织凝固-等轴晶柱状晶or致密沉积热障涂层的结构1、镍基高温合金零件2、抗氧化粘结层(MCrAlY)3、TGO(Al2O3)4、陶瓷隔热层(YSZ)热障涂层的发展历程第一代（上世纪60年代）APS：MCrAlY，YSZ第二代（上世纪70年代），与第一代相比寿命提高2.5倍。LPPS：MCrAlY，APS方法：YSZ第三代（上世纪80年代），与第二代相比寿命提高10倍LP

2、PS：MCrAlY，EB-PVD：YSZ大气等离子喷涂YSZ堆积层状结构涂层EB-PVD柱状晶结构组织致密等轴晶柱状晶生长MCrAlY底层TGO大气等离子喷涂：层片状堆积，层间脱落，寿命短。但热导率低(0.8-1.7W/mK)，制备简单，成本低。电子束物理气相沉积：柱状晶结构，寿命长。但热导率高(1.5-2.3W/mK)，用于航空发动机。YSZ隔热涂层主要技术比较TGO的生长热障涂层的两种失效形式第一代，第二代，等离子喷涂陶瓷的失效位置发生在与TGO相邻的陶瓷内部，不在TGO内。TGO影响次要的。第三代，EB-PVD热障涂层的失效位置在陶瓷层／TGO的界面上，

3、所以在考虑EB-PVD热障涂层试样的循环寿命时必须将氧化物考虑进去。等离子喷涂等轴晶热障涂层层片状结构TBC制备成本低热导率低寿命短柱状晶结构TBC制备成本高热导率高寿命长纳米等轴晶结构TBCAdvanceEngineeringMaterials发明专利申报中，2013年8月纳米团聚粉末纳米粉末喷涂Microstructureofthenanostructuredzirconia-yttriacoatingmadefromananostructuredfeedstockDarker-coloredregionscontainingthesemi-moltenf

4、eedstockparticlesR.S.LimaandB.R.Marple,surfaceandcoatingtechnology,Vol.16(1)2007,p40等离子喷涂参数喷枪：大连海事大学,LE-15PrimarygasAr(SLPM)30SecondgasH2(SLPM)5CarriergasN2(SLPM)5Powderfeedrate(g/min)20Voltage(V)50Arccurrent(A)300,400,500Standoff(mm)90300AP=45%400AP=39%500AP=34%大气等离子喷涂纳米团聚粉末多孔等轴晶纳米

5、结构涂层等轴晶涂层1150℃，50小时.(a)完整等轴晶区域的晶界裂纹.(b)气孔周围等轴晶.ThecoatingsonFeCrAlalloysafterthermalshocktestsfrom1100℃towatercooling,(a)20and(b)50times.热冲击试验后涂层表面裂纹涂层硬度变化，不同加热温度，50小时XRDresultsoftheoriginalpowder,as-sprayedcoatingandafterheat-treatmentofthecoatings涂层热导率测量一维热传导t0——temperatureinthefu

6、rnacet1——temperatureofsamplewithcoatingatoutsideoffurnacet2——temperatureofsamplewithoutcoatingatoutsideoffurnace，t3——temperatureoftheairδ1——thicknessofthecoatingδ2——thicknessofthesubstrateδ3——thicknessofthesubstrate，λ2:thethermalconductivityofFeCrAlalloy大气等离子喷涂等轴晶与片状涂层热导率Equiaxedspl

7、at-structuredthermalconductivity(laserflashmeasurements)wherekisthermalconductivity,αisthermaldiffusivity,Cpisspecificheatandρisdensity.激光加热测量热导率纳米等轴晶微米等轴晶超低压等离子喷涂制备纳米等轴晶热障涂层高气孔率涂层硬度可控制范围，240-1200Hv垂直型气孔，有利于提高抗热震性。纳米等轴晶，晶界裂纹。低热导率超低压等离子喷涂设备低压与大气等离子喷枪超低压等离子射流（a）100Pa无注入粉末，（b）100Pa注入粉末

8、光谱分析超低压等离子喷涂1000A;5