激光-等離子噴涂熱障涂層結(jié)構(gòu)與高溫性能研究.pdf

1、隨著航空發(fā)動機的推陳出新，為了確保發(fā)動機熱端部件在高溫高應力條件下能夠安全可靠工作，需要材料具有一定的強度且同時具有良好的抗高溫氧化能力，可以適當?shù)脑诤辖鸨砻嬷苽涓邷胤雷o涂層。熱障涂層(TBCs，Thermal barrier coatings)因在高溫下具有穩(wěn)定的化學性質(zhì)和良好的隔熱效果等優(yōu)點在航空發(fā)動機的熱端部件方面得到廣泛應用，隔熱效果達到170℃，可以有效地提高高溫容限和工作效率。本文針對發(fā)動機葉片，利用激光熔覆技術(shù)在葉片材料表

2、面制備CoCrTaAlY合金粘結(jié)層，再使用等離子噴涂技術(shù)在粘結(jié)層表面噴涂8wt％Y2O3-ZrO2(YSZ)陶瓷層，并對CoCrTaAlY涂層和熱障涂層的組織性能進行分析。研究激光熔覆的工藝參數(shù)對于熔覆層幾何形貌的影響，分析熔覆涂層隨激光功率和掃描速度的變化規(guī)律，測試熱障涂層的抗高溫氧化性能和抗熱震性能。
　　(1)相同功率下，掃描速度增加，熔覆層厚度和寬度降低，形狀系數(shù)和潤濕角增加;相同掃描速度下，激光能量密度增加，涂層熔覆厚度

3、和寬度增加，涂層熔覆的形狀系數(shù)和潤濕角降低。相同掃描速度下，稀釋率隨著激光功率的增加而增加;相同功率下，稀釋率隨著掃描速度的增加先顯著降低。結(jié)合CoCrTaAlY合金粉末的材料特性，當P=2.7kW、3.2kW，v=8mm/s時可獲得稀釋率(11％～13％)較為合適的熔覆層。
　　(2)利用激光熔覆制備的CoCrTaAlY涂層主要由γ/γ'-(Fe，Al)與M(Ta，Si)C相組成，激光熔覆具有快速冷凝特性，易形成穩(wěn)定相。結(jié)合Ma

4、tlab仿真熱源模型，分析隨著溫度梯度和冷卻速度的增加，熔覆層內(nèi)胞狀晶轉(zhuǎn)變成樹枝晶，繼而生成等軸枝晶。
　　(3)利用等離子噴涂法制備的陶瓷層中的ZrO2的存在形式主要是正方相(t)、立方相(c)和少量單斜相(m);經(jīng)過100h高溫氧化后，只有CoCrTaAlY涂層試樣氧化累積增重將近0.12g·cm-2，而含YSZ涂層試樣氧化累積增重大約0.08g·cm-2，把氧化增重情況在數(shù)值上降低三分之一，有效地提升了材料的抗高溫氧化作用;