喷涂质料（10）
喷涂设置装备摆设（0）
核心设置装备摆设（4）
工艺开辟（2）
喷涂加工（10）
喷涂技能（12）
热障涂层(tbcs) 是由抗低温氧化腐化的金属粘结底层和隔热的陶瓷面层组成的复合功效涂层，次要用来为在低温热气流条件下事情的涡轮发起机叶片、熄灭室等热端部件提供低温隔热掩护，从而分明低落热端部件的基体温度。接纳tbcs不但能使低温部件质料接受更高的利用温度，进一步前进发起机的事情温度和功能，同时可使发起机寿命和牢靠性分明前进，具有极端严重的军事和经济代价。氧化钇波动的氧化锆( zr o2) 具有化学波动性好、热传导系数小、硬度高、较佳的韧性等特点，是现在为止发明的综合功能最佳的热障涂层质料。制备热障涂层的常用工艺有等离子喷涂、电子束物理气相堆积。纳米布局氧化锆tbcs 与平凡氧化锆tbcs 相比，具有更匀称的构造布局，更好的应变容限才能，更高的断裂韧性，更高的热收缩系数及元素分散系数，更低的热导率。
等离子喷涂工艺是制备纳米布局氧化锆tbcs最经济、最无效的工艺办法。接纳该工艺涂层制备服从高、实用于大型零部件。接纳纳米团聚粉末作为喷涂喂料，经过工艺参数的严厉控制，延长纳米质料在等离子焰流中的停顿工夫，限定原子的分散和晶粒长大，可以制备纳米布局tbcs。
1. 实验办法及设置装备摆设
实验接纳透射电镜(tem) 、扫描电镜(sem) 、场发射扫描电子显微镜(fese m) 及x射线衍射研讨等离子喷涂纳米布局氧化锆涂层系统的微观构造布局。热障涂层系统由ni23co20cr8al 4ta0.5 y金属粘结底层和6%～8%y2o3 - zro2 陶瓷面层组成，粘结底层厚度0.09 ～0.11mm，陶瓷面层厚度0.25 ～0.26 mm。对纳米布局tbcs与平凡微米布局的tbcs 各三组试样举行了热打击实验比力，实验条件辨别为1000℃、1100 ℃和1200℃保温5min后水淬，水温20℃左右，以涂层呈现累计2% 涂层面积失块视为生效，并按有关尺度测定涂层的热导率。对喷涂tbcs 的试片与无涂层试片举行隔热结果比拟实验，实验条件为热源1200℃，涂层面朝热源，辨别丈量有涂层与无涂层试样反面温度，两者差值即为隔热温度值。
2. 凯发纳米氧化锆团聚粉末构造布局特征
图1为实验用6%～8%y2o3局部波动的zro2原始纳米粉末tem照片，接纳液相化学共沉淀法制备分解。图2为接纳等离子球化造粒的纳米团聚粉末形貌，图3为纳米团聚粉末外表sem缩小形貌，由图3可以看出团聚粉末为纳米布局、外表存在微孔。图4为6% ～8%y2o3局部波动的zro2平凡喷涂粉末sem形貌。
3. 纳米布局氧化锆tbcs构造布局
在得当优化的等离子喷涂工艺参数下，接纳纳米氧化锆团聚粉末喂料取得tbcs，x射线衍射剖析标明，tbcs 的相构成次要为t- zro2(四方相) ，m- zro2(单斜相)的缺乏次要回因于y2o3 的四方相波动作用和涂层的疾速冷却。图5、图6辨别为该纳米布局tbcs 的x射线衍射图和场发射电子显微镜照片，从图6中可明白看到颗粒尺寸< 100nm，可以看出得当的等离子喷涂工艺可以在涂层中坚持纳米晶，制备出纳米布局tbcs 。
4. tbcs 的热打击及热传导功能实验
( 1) 纳米布局氧化锆tbcs的热打击功能 试样基体质料为金属间化合物ni3al为基的ic10合金。热打击实验后果标明，纳米布局tbcs的热打击寿命分明高于平凡tbcs。表3为纳米布局tbcs与平凡tbcs热打击寿命比力表。图7为tbcs 热打击生效后未剥落的涂层外表典范形貌，可以看出，纳米布局tbcs热打击历程中发生更多的网状裂纹、散布较匀称，这有利于疏散热打击历程中发生的热应力，前进热打击抗力。差别工艺参数的等离子喷涂工艺系列实验标明，纳米布局tbcs的孔隙度与等离子电弧功率及等离子气体流量干系亲密，比平凡热障涂层的孔隙度更容易控制，且孔隙微小、散布匀称，这种纳米与微米尺寸孔隙加上纳米布局的晶粒构造使涂层在低温下具有很好的韧性及很高的应变容限，有利于tbcs热打击寿命的大幅前进。图8为等离子喷涂tbcs 热打击生效后的断面形貌，可以看出平凡氧化锆tbcs热打击生效具有分明为脆性开裂特性。
( 2) 纳米布局氧化锆tbcs的热导率 热导率是单
位工夫内，当沿着热流偏向的单元厚度上温度低落1k时，单元面积允许导过的热量，热导率标记着物质传导热的才能，是热障涂层的紧张技能参数。表4是接纳激光脉冲法测试的等离子喷涂纳米布局氧化锆涂层及平凡氧化锆涂层试样的热分散率，表5是依据测试的涂层密度、比热容、热分散率盘算的热导率。
由表5可知，从800～1000℃，凯发氧化锆涂层的热导率随着温度上升渐渐降落，纳米布局氧化锆涂层的热导率比平凡氧化锆涂层热导率低30%以上。
( 3) 纳米氧化锆tbcs的隔热结果 隔热结果是tbcs的紧张技能目标。在ic10合金基体上等离子喷涂氧化锆热障涂层，陶瓷面层厚度0.25 ～0.26mm，对喷涂热障涂层的试片与无涂层试片举行隔热结果比拟实验，实验条件为热源1200℃，涂层面朝热源，丈量有涂层与无涂层试样反面温度，两者差值即为隔热温度值，丈量后果标明: 纳米布局tbcs匀称隔热温度为160℃，而平凡tbcs匀称隔热温度为30℃，纳米布局tbcs隔热结果分明好于平凡tbcs，与热导率测试后果完全分歧。
图9为纳米布局与平凡布局tbcs隔热温度比力曲线。maxwell和klemens证明氧化钇波动的氧化锆陶瓷的导热系数随孔隙、氧空地、溶质原子等点缺陷的体积分数增长而分明降落，并存在明白的干系。质料总的热传导由声子热传导和光子辐射构成，声子热传导起次要作用，纳米布局tbcs由于存在少量的晶界，声子散射分明加强，而且纳米布局tbcs存在的纳微米级孔隙、氧空地、溶质原子等点缺陷等都能加强声子散射，因此纳米布局tbcs能分明前进隔热结果。
5. 结语
( 1) 在1000 ～1200℃，与平凡氧化锆tbcs相比，纳米布局氧化锆tbcs 热打击寿命分明前进，前进幅度达40 % 以上。
( 2) 纳米布局氧化锆tbcs 隔热结果比平凡氧化锆tbcs好得多，涂层外表1200℃ 时，厚度0.25 ～0.26mm 纳米布局tbcs 匀称隔热温度达160℃，而平凡tbcs匀称隔热温度为130℃。
作者：李其连 传授 北京航空制造工程研讨所