热喷涂耐高温涂层研究现状及发展趋势

《热喷涂耐高温涂层研究现状及发展趋势》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、热喷涂耐高温涂层研究现状及发展趋势无机非金属12-2班，祝超锋1201130633摘要：热喷涂技术，高温可磨耗封严涂层的研制，以及对喷涂层技术的发展及展望。1　热喷涂技术的发展情况1.1　热喷涂技术的发展热喷涂是通过火焰、电弧或等离子体等热源将某种线状或粉末状的材料加热至熔化或半熔化状态,通过气流吹动使其雾化,并高速喷射到经过预处理的基体表面,以形成喷涂层的表面加工技术。热喷涂技术的产生和应用已有近百年[3],最早的热喷涂技术始于1882年,德国人用一种简单的装置将熔融态金属喷射成粉体。真正的热喷涂技术则产生于1910年,在瑞士被V.SCHOOP博士研究出来,他发明了

2、固定式坩埚熔融喷射装置。20世纪后期,热喷涂技术的基础研究越来越受到重视,主要集中于喷涂过程中的粒子状态及其影响因素的研究。在其应用研究中,涂层与基体的结合技术是一个热点。进入21世纪,纳米技术的研究为热喷涂一个研究的热点,其引入为改善涂层的性能开拓了新途径。可磨耗封严涂层发展趋势随着新型航空发动机使用温度的不断提升以及航空发动机材料的更新换代，对可磨耗封严涂层的综合使用性能提出了越来越高的要求，因此亟需在国内现有可磨耗封严涂层研究的基础上，开发研制具有更高使用温度和适应更新一代发动机材料的新型可磨耗封严涂层。2.1高温可磨耗封严涂层的研制随着航空涡轮发动机向高流量比

3、、高推重比和高进口气体温度方向的发展，对高温部件的耐高温能力提出了越来越高的要求。目前，发动机叶片的使用温度已经从20世纪70年代的960~1100℃发展到现在商用飞机的1500℃以及军用飞机的1700℃[24]。随着压缩空气温度的逐级升高，可磨耗密封涂层的使用温度也从300℃提高到1100℃，目前其使用的最高温度已经达到1200℃以上[25]。因此，研制适用于1100℃以上的新型高温可磨耗封严涂层材料已成为可磨耗封严涂层领域的重要研究方向之一。随着使用温度的提高可磨耗封严涂层材料已经从低熔点的金属基封严材料向高熔点的陶瓷基封严材料发展。在高于1100℃的使用条件下，

4、常用的金属基MCrlY封严涂层材料已经不能满足使用要求，目前具有更高使用温度且与高温合金基体具有更好相容性的氧化钇稳定氧化锆（YSZ）基可磨耗封严涂层材料已经成为最具发展潜力的封严材料之一。然而，对于陶瓷基可磨耗封严材料，其在长期高温使用过程中的抗热震性能和高温稳定性就显得至关重要。因此，有必要在现有研究基础上对涂层成分和结构进行进一步优化，以使涂层具有更优的综合使用性能。首先，YSZ在高温下长期工作时，起稳定作用的Y2O3容易析出，使ZrO2随之发生相变，相变伴随的体积变化会使涂层发生开裂甚至剥落，严重影响其使用性能。因此，研究具有更优稳定性能的ZrO2稳定剂是提高

5、氧化锆陶瓷高温稳定性的有效手段。S使用条件下，常用的金属基MCrAlY封严涂层材料已经不能满足使用要求，目前具有更高使用温度且与高温合金基体具有更好相容性的氧化钇稳定氧化锆（YSZ）基可磨耗封严涂层材料已经成为最具发展潜力的封严材料之一。然而，对于陶瓷基可磨耗封严材料，其在长期高温使用过程中的抗热震性能和高温稳定性就显得至关重要。因此，有必要在现有研究基础上对涂层成分和结构进行进一步优化，以使涂层具有更优的综合使用性能。能够制备与电子束物理气相沉积具有类似柱状结构的热喷涂陶瓷涂层。他们将该技术在制备YSZ热障涂层方面进行了应用研究，发现该技术制备涂层比传统热喷涂涂层具

6、有更优异的抗热循环性能，图4为采用该技术制备YSZ热障涂层的形貌图[29]。与EB-PVD涂层的柱状晶结构类似，ASPS涂层的柱状结构有利于松弛冷热循环中产生的热应力，从而能够大大提高涂层的抗热震性能。因此，此技术在制备具有优良抗热震性能的陶瓷基高温可磨耗封严涂层方面也具有极大的发展潜力和应用前景。图4轴向悬浮等离子喷涂制备YSZ陶瓷涂层形貌图3.2陶瓷基复合材料随着对航空发动机性能要求的不断提高，航空发动机材料也不断发展。目前，质量更轻、性能更优良的SiC纤维增强SiC陶瓷基复合材料（CMC）已经成为发动机热门材料，并将会逐渐取代金属基材料而成为新型发动机的使用材料

7、[30]。因此，为适应材料发展的需要，研制以SiC纤维增强SiC陶瓷基复合材料为基体的新型可磨耗封严涂层也成为重要的发展趋势。对于此类涂层国外已经进行了大量的研究，T.E.Strangman等人[31]在其专利中提出了一种CMC基体可磨耗封严涂层体系，该体系由粘结层、功能层以及可磨耗面层组成；在美国能源部项目中，多家机构采用热喷涂工艺对CMC可磨耗封严涂层进行了研究并制备出了多种涂层体系，如SolarTurbines提出的Mullitebasedcoating/CaTiO3/Metco301体系，但在试验过程中发现金属基的Metco301与陶瓷之间因