超聲輔助激光熔覆YSZ陶瓷涂層實驗研究.pdf

1、Y2O3穩(wěn)定的ZrO2(YSZ)陶瓷具有熔點高、導(dǎo)熱系數(shù)小、熱膨脹系數(shù)高、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，是應(yīng)用最廣泛的熱障涂層材料之一，在航空航天、海洋化工等領(lǐng)域的極端環(huán)境中得到廣泛應(yīng)用。激光熔覆技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜基體上陶瓷涂層的直接快速制備，實現(xiàn)涂層與基體的冶金結(jié)合。由于在單一熱源的作用下，熔池內(nèi)的對流形式較為簡單，涂層與基體之間的互熔稀釋作用易引起涂層內(nèi)部組織和成分的不均勻分布。因陶瓷材料與金屬基體之間較大的熱物性差異，在凝固過程中涂層內(nèi)將產(chǎn)生較

2、大的熱應(yīng)力，涂層開裂敏感性較高，降低了涂層結(jié)合強度，嚴重制約了激光熔覆技術(shù)在制備金屬/陶瓷功能梯度涂層中的應(yīng)用。
　　借鑒超聲振動在鑄造、焊接等領(lǐng)域的應(yīng)用成果，本文基于超聲振動與液態(tài)媒質(zhì)之間的相互作用機理，論證超聲場輔助手段改善激光熔覆金屬/陶瓷功能梯度涂層制備質(zhì)量的可行性;在此基礎(chǔ)上，通過開展超聲輔助激光熔覆YSZ陶瓷涂層實驗，研究超聲振動對涂層宏觀形貌、微觀組織、互熔稀釋特性、相組成及力學(xué)性能等的影響規(guī)律，揭示超聲振動改善涂層

3、宏、微觀質(zhì)量以及力學(xué)性能的作用機理。利用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、維氏硬度計、摩擦磨損實驗機等工具對樣件進行宏、微觀形貌觀察及力學(xué)性能檢測。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)搭建超聲輔助激光熔覆實驗平臺，測試超聲振動實驗平臺性能，研究超聲場與激光束之間的耦合作用機制，為將超聲振動科學(xué)合理的引入到激光熔覆過程中提供理論指導(dǎo)。
　　(2)以Y2O3穩(wěn)定的ZrO2陶瓷粉末為原材料，進行送粉式超聲輔助激光熔覆的工藝研究，分析超聲振動對

4、涂層截面形貌、界面形態(tài)、表面質(zhì)量的影響，研究不同超聲功率條件下涂層宏觀形貌的變化規(guī)律，以及超聲場作用下熔覆過程的溫度場變化。
　　(3)通過對比分析超聲振動對涂層微觀組織演化以及元素分布的影響規(guī)律，總結(jié)超聲輔助激光熔覆與傳統(tǒng)激光熔覆技術(shù)的異同，評價超聲振動對涂層顯微硬度及摩擦磨損等力學(xué)性能的影響規(guī)律，并討論其影響機制。
　　本文提出了一種超聲輔助激光熔覆金屬/陶瓷功能梯度涂層的方法，初步探索了超聲振動對涂層宏、微觀質(zhì)量及力學(xué)