超音速等离子喷涂制备细密柱晶结构热障涂层研究进展

韩志海¹，王海军²，白宇¹，丁春华¹，徐滨士²

1. 西安交通大学金属材料强度国家重点实验室2. 装备再制造技术国防科技重点实验室

摘 要：本文介绍了最新开发的超音速大气等离子喷涂（SAPS）技术制备细密柱晶结构热障涂层系统（SAPS-TBCs）的一些研究进展。由于SAPS喷涂15～45μm粒径的8YSZ氧化锆球形粉末在等离子射流中飞行速度约为400-450m/s,是普通大气等离子（APS:130～220m/s）2～3倍,可方便制备出体积分数达80%以上的薄片状细密柱晶结构TBC涂层,柱晶轴向长度可方便地控制在2～5μm,孔隙率可根据需要在1%～12%范围内调变。研究表明,这种结构的8YSZ-TBC涂层试样1100℃淬水热震循环可达400周次以上,比相应APS-TBC涂层热震性能（小于150周次）高2～3倍;涂层结合强度从APS-TBC的30MPa左右提高到SAPS-TBC的50MPa左右;一个有趣的现象是APS-TBC的隔热效果随着温度和热循环周次的增加而下降,而SAPS-TBC的隔热效果反而升高;对全包覆涂层试样进行的1100℃、1000小时高温氧化实验表明,除了SAPS陶瓷面层更为细密、更多晶界对O-2扩散起了较好的阻挡作用外,SAPS制备MCrAlY更为精细、纯净的底层合金组织也对TGO的氧化行为起了有益的作用,导致SAPS-TBC的TGO形态和动力学行为优于APS-TBC。此外,SAPS与APS一样,可在自然空间条件下采用相对简单、一气呵成的一步法工艺流程制备热障涂层,充分发挥其灵活方便、工艺稳定、低成本、高效率的生产优势,突显良好的产业化前景。

关键词：超音速等离子喷涂;热障涂层;测温测速;组织结构;热震;氧化;隔热;