强流脉冲电子束辐照EB-PVD﹢YSZ热障涂层改性工艺初探

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1、特种加工SPEClALMACHINlNG强流脉冲电子束辐照EB—PVDYSZ热障涂层改性工艺初探木PulsedElectronBeamModificationofThermalBarrierCoatingPreparedWithEB—PVD北京航空制造工程研究所(BAMTRI)武洪臣俄罗斯科学院强流电子学研究所H·科瓦尔【摘要】在GH33合金表面采用EB．PVD法沉积了zrO，+(6～8)％Y，0，热障涂层并用强流脉冲电子柬对该涂层进行辐照熔化处理。电子扫描和衍射显微镜以及X射线结构分析表明：脉冲电子束对涂层表面进行熔化处理后，在表面形

2、成了厚3～5岫的镜面表面层(晶粒尺寸为2～4岬，分区域亚晶粒尺寸约为20～40nm)，并逐渐过渡到母材结构中。涂层表面的镜面效果无疑会对改善叶片类零件的气动性能起到有利的作用。关键词：EB．PVDTBCs脉冲电子束辐照【ABSTRACT】Zr02+(6—8)％Y203(YPSZ)themalbarriercoatings(TBCs)ismadeontheGH33substratebyelectronbeamphysicalVapordeposition(EB-PVD)metllodtoimproVethemo叩hologyofthesu

3、rfaceofc01一unlnstmcturecoating，post一仃eatmentsbyusingofpulsedelectronbeamaret“ed．MicrostmctIlreandphasecompo—nentsofzr02+(6—8)％Y203(YPSZ)coatingaRer仃eatmentbypulsedelectronbeamareinVestigatedbymeansofscanningelectronmicroscopy(SEM)，transmissionelec-tronmicroscopy(TEM)andX

4、-raydif-fraction(XRD)．Theresultsshowthataftertreatmentofpulsedelectronbeamamirrorlayerwiththicknessof3～5肛m(grainsizeisabout2～4肛m，sub—grainsizeisabout20～40nm)isfomedonthesurfaceofthecoating．This1ayergraduallyconVensintothebulkcoatingsmJcture．Keywords：EB-PVDTBCsPulsedEBtre

5、at-mentDoI：10．16080^．issnl671-833x．2015．15．086随着推重比的不断提高，高温热障涂层技术对于航空发动机涡轮部件已成为不可或缺的防护手段卜31。然而，由于此类涂层的工作环境恶劣，如何提高其性能依+武器装备重点基金(9140A180302060C4501)资助。86肮空制造技术·2015年第15期姚振中冯建基高巍雷新更贺红好F·伊万诺夫A·科鲁巴耶娃然是个极为迫切的问题，人们仍然探索着从底层到面层的各种改性工艺【4】，以期获得更好的涂层性能与寿命。将材料转变成亚微米或纳米晶粒状态是一种改善涂层组织结

6、构和使用性能的可探索途径。而脉冲电子束因其与材料的有效作用系数高、可监控和调整输人能量并实现局部分配，与通常使用的激光、等离子束相比具有其独特优势，是改善涂层近表面结构进而提高涂层使用性能的优选能量形式。低能强流脉冲电子束(5～20keV、脉宽10～200“s、流强50～200A)，能以较大范围的能量密度(10～100J／cm2)作用于材料表面，不论对于科学研究还是工业加工，都是一种先进的方法陋娟l。低能强流脉冲电子束作用于材料以后，可使材料极薄的近表面层(10～～10～m)快速的加热(到熔化)和随后的快速的冷却(达109I(／s)，如

7、此温度梯度的形成(达107～108列m)保证了材料本身在散热时以104—109K／S的速度冷却近表面层，为在近表面层形成非晶、纳米和亚微米的结构创造了条件。近表面层组织结构、相成分的明显变化，使材料的物理化学和强度等性能得到明显改善，这是传统表面加工方法难以达到的"书J。本文对GH33合金基体上采用EB—PVD法工艺沉积的ZrO，+(6～8)％Y20，涂层用低能强流脉冲电子束进行辐照，初步研究了涂层的组织结构和相成分的变化规律，并分析了试验结果。1试验设备与工艺过程方法用uE204多功能电子束物理气相沉积设备(如图1)采用常规参数在GH

8、33合金表面沉积Z由2+(6～8)％Y20，热障涂层，厚度在120～150“m范围。热障涂层的底层成分为NicrAlY，厚度70～80¨m。用于辐照处理的电子束源则采用俄罗斯科学院强流电子所研制的基于等离子