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等離子噴涂參數(shù)對隔熱涂層性能的影響

隔熱涂層（TBC）是一類特殊涂層，其在高溫腐蝕性環(huán)境（如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等）下工作。TBC典型結(jié)構(gòu)由金屬粘結(jié)層和陶瓷頂層構(gòu)成，前者改進(jìn)基體與頂層之間的粘結(jié)并防止基體受到腐蝕和氧化，后者必須解決隔熱、磨損和耐蝕性等問題。

等離子噴涂是TBC沉積的標(biāo)準(zhǔn)工藝，由于其在尺寸、形狀方面限制很少且成本較低而被廣泛使用。有研究者認(rèn)為，有超過50個(gè)宏觀參數(shù)影響到涂層的質(zhì)量。本文分析了沉積速度（即噴槍每道次噴涂的厚度）和基體預(yù)熱這2個(gè)參數(shù)對兩種標(biāo)準(zhǔn)TBC涂層系統(tǒng)的力學(xué)性能、微觀組織、絕熱性能以及熱循環(huán)疲勞的影響。這兩種標(biāo)準(zhǔn)涂層系統(tǒng)分別為NiCr-Al-Co- Y2O3/ZrO2- Y2O3和NiCr- Al-Co-Y2O3/ZrO2-CeO2-Y2O3。

使用的基體材料為不銹鋼，借助常壓等離子噴涂進(jìn)行粉末的沉積。有2個(gè)可變參數(shù)，一是基體預(yù)熱溫度（21～23℃和160～180℃）；二是噴槍移動(dòng)速度（250mm/s和500mm/s）,即噴槍每道次的噴涂厚度。TBC系統(tǒng)的質(zhì)量評價(jià)包括微觀組織、顯微硬度、粘結(jié)拉伸強(qiáng)度和熱循環(huán)特性。結(jié)果表明，基體較高的預(yù)熱溫度保證了涂層中顆粒的良好融合，使噴涂層比較致密，幾乎無孔洞；低的噴槍速度產(chǎn)生較厚的噴涂層，冷卻較慢，使顆粒融合較好，孔洞較少；低的孔洞率和較好融合使涂層具有較高的顯微硬度和較高的粘結(jié)拉伸強(qiáng)度；基體預(yù)熱和較低的噴槍速度使涂層熱疲勞特性也有所改進(jìn)；如果樣品的密度較低，則會(huì)減低絕熱能力。

刊名：Materials Science and Technology（英）

刊期：2013年第5期

作者：M.R.Mrdak et al

編譯：張英才