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1、第28卷第7期焊接学报Vol.28No.72007年7月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONJuly2007三种热障涂层的组织性能123潘可耕,黄成全,范洪峰(1.黑龙江工程学院产学合作办公室,哈尔滨150050;2.沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司,沈阳110043;3.大唐七台河发电有限责任公司,黑龙江七台河154600)摘要:采用等离子喷涂技术制备了三种不同材料的热障涂层(TBC),对涂层进行了组织性能的分析比较。结果表明,Al1075的T
2、BC结合强度最高,为24.66MPa,具有良好的抗热震性能;KF230的TBC结合强度最低,为16.06MPa;LG210的TBC结合强度居中,抗热震性能最差。分析认为,氧化物层(TGO)在热障涂层中的失效起至关重要的作用,TGO是裂纹的产生源,是裂纹扩展的通道,是热障涂层系统中的最薄弱环节。因此抑制TGO是提高涂层结合强度、改善涂层抗热震性能的重要措施。关键词:热障涂层;涂层组织性能;等离子喷涂中图分类号:TG148文献标识码:A文章编号:0253-360X(2007)07-049-04潘可耕
3、0序言ZrO2热障涂层,进行了涂层结合强度、热震性能和氧化物层(TGO)对涂层裂纹影响的研究,为热障涂热障涂层(TBC)的作用是将基体金属和高温环层的研究和应用提供一定的依据。境隔离开来,以便在不提高基体金属耐温能力的情况下提高整体结构的使用温度。基于这种使用条件的1试验条件特点,热障涂层应具有耐高温、绝热、抗热震、高的化学稳定性、低的涂层密度、高的结合强度和长的使用1.1试验材料寿命的特点[1,2]。热障涂层通常是由两层涂层组成,试件为GH536镍基高温合金。打底层材料均底层为MCrAlY粘结
4、层,工作面层为陶瓷涂层。为NiCoCrAlY粉末材料。工作层分别选用牌号为工作层材料一般选用ZrO2,因为它具有熔点高、Al-1075进口的ZrO2+13%Y2O3,牌号为KF-230热导率低、线膨胀系数较大的特点;与金属基体较接自行研制的ZrO2+8%Y2O3和牌号为LG-210国产近,具有良好的抗热冲击性能;ZrO2涂层具有高孔隙的ZrO2+24%MgO三种陶瓷粉末材料,粉末粒度均率和应变容限性,能够缓解热循环带来的热应力;为70～50μm。ZrO2耐高温氧化,具有优良的高温化学稳定性等。1
5、.2试验设备及试验方法单纯的ZrO2具有单斜(M)、四方(T)与立方(C)涂层的制备选用瑞士生产的R750C等离子喷三种晶型,在实际应用中,要加入一定的稳定剂(如涂设备,喷涂工艺参数如表1所示。试件表面先进行CaO,MgO,Al2O3,Y2O3,CeO等)对ZrO2进行改性稳喷砂处理,然后进行打底层的喷涂,涂层厚度100μm,定化处理,改变马氏体相变温度范围或抑制它的发最后进行工作层涂层的喷涂,涂层厚度300μm。生,使陶瓷材料在使用温度范围内保持C或T结涂层结合强度的测试参照国家标准GB864
6、2构。含6%～8%Y2O3的ZrO2涂层主要是由非平衡2002《热喷涂抗拉结合强度的测定》进行。拉伸四方相(T')、少量M和C组成。T'相是介稳定相,主试验机选用日本生产的AG5000A万能拉伸机,在要特征是不可转变性,即在热循环条件下不发生室温条件下进行拉伸,加载速度2mm/min。在T'→M的转变,保证热障涂层的高温稳定性[3],已经SX22513型高温箱式电阻炉中进行1100℃广泛应用于航空航天、冶金、电力等各个行业。条件下的涂层热震试验。将高温箱式电阻炉缓慢升作者针对三种不同成分和不同含
7、量稳定剂的温到1100℃后,将试样放入炉中保温4min后取出立即放入室温下的水中进行循环水淬,直至涂层剥落失效。采用德国莱卡公司生产的MEF4型金收稿日期:2007-04-29基金项目:哈尔滨市学科后备带头人基金资助项目(2005AFXXJ038)相显微镜对腐蚀后的试样进行显微组织分析。采用50焊接学报第28卷表1喷涂工艺参数Table1Plasmasprayingparameters电流电压主气压力氩气流量辅气压力氢气流量送粉速率喷涂距离喷涂角度参数-1)-1)-1)I/AU/Vp1/MPaq
8、1/(L·minp2/MPaq2/(L·minv/(g·mind/mmα(°)LG-210550550.48800.42204010090工作层KF-230550550.48800.42204010090Al-1075550550.48800.42204010090打底涂层NiCoCrAlY480550.48804010090英国剑桥LEO公司生产的S360型扫描电镜对腐蚀后的金相试样及热震后的试样进行分析。2试验结果及分析2.1三种涂层对结合强度的影响图1为三种涂层的结合强度试验结果,从图中可
