GH586等離子噴涂與激光重熔制備熱障涂層的組織及性能研究劉偉.pdf

1、熱障涂層目前廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子葉片，隨著目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)比日益增大，其發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口溫度也將進(jìn)一步提高。GH586是制造渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的材料之一，其正常最高使用溫度為800℃，超過其使用溫度將會(huì)導(dǎo)致材料氧化加劇，破壞其原始的機(jī)械性能。而發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際進(jìn)口溫度有可能在1000℃以上，未來其進(jìn)口溫度將會(huì)更高。熱障涂層由于具有良好的高溫隔熱性能及高溫穩(wěn)定性能，因而被廣泛用于航空等高溫領(lǐng)域。
　　制備的熱障涂層由粘結(jié)層和陶瓷層組

2、成的雙層系統(tǒng)構(gòu)成。陶瓷層由于優(yōu)良的隔熱性能可以降低高溫合金基體表面的實(shí)際溫度，而粘結(jié)層一方面承擔(dān)著抗高溫氧化的作用，減少基體的氧化，另外也使陶瓷層與基體之間不至于因?yàn)闊崤蛎浵禂?shù)差距過大而導(dǎo)致熱應(yīng)力過大進(jìn)而引起涂層脫落，起到過渡作用。
　　本文以GH586鎳基高溫合金為基體作為研究對(duì)象，陶瓷層材料選用8％Y2O3穩(wěn)定的ZrO2(YSZ)，粘結(jié)層材料選用CoCrAlYTaSi。分別采用等離子噴涂技術(shù)以及等離子噴涂+激光重熔復(fù)合處理兩種

3、工藝，在其表面制備了熱障涂層，研究了等離子噴涂及激光重熔前后涂層的結(jié)合力、高溫抗氧化性和熱震性能，并對(duì)單獨(dú)的粘結(jié)層材料進(jìn)行了抗氧化及熱震性能研究。主要研究成果如下：
　?。?）對(duì)等離子噴涂粘結(jié)層制備工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化的工藝參數(shù)為功率30kw，距離100mm，主氣流量60L/min，載氣流量45L/min，送粉率2r/min，噴槍移動(dòng)速度200mm/min。制備的粘結(jié)層厚度約為100μm，與基體的結(jié)合狀況良好。在1100℃時(shí)達(dá)

4、到完全抗氧化級(jí)別，氧化常數(shù)為2.62892。并最終在涂層表面生成一層致密的氧化膜。涂層在1100℃下的熱震次數(shù)為115次，在氧化和熱震過程中，在基體與粘結(jié)層之間均有TGO層產(chǎn)生，隨著熱震和氧化的進(jìn)行，TGO層厚度增加并最終造成涂層失效。
　?。?）對(duì)激光重熔熱障涂層CoCrAlYTaSi/YSZ的工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。在功率400W，掃描速度為700mm/min，光斑尺寸5×5mm，搭接量為1mm和離焦量285mm的條件下，對(duì)等離子

5、噴涂制備的熱障涂層進(jìn)行了激光重熔處理。重熔處理后，涂層表面粗糙度有所降低，表面形成了網(wǎng)狀裂紋結(jié)構(gòu)。涂層組織更加致密，重結(jié)晶生成多邊胞狀晶體，重熔過程中ZrO2沒有發(fā)生相變。經(jīng)過激光重熔后的試樣其涂層結(jié)合力得到了提高，與等離子噴涂工藝制備的熱障涂層結(jié)合力相比，提高了31.43%。
　?。?）兩種工藝制備的熱障涂層在1000℃下熱震過程中沒有發(fā)生相變，噴涂態(tài)涂層熱震次數(shù)最高達(dá)到71次，激光重熔后熱震次數(shù)最高達(dá)到123次，重熔后涂層的抗