GH586等離子噴涂與激光重熔制備熱障涂層的組織及性能研究劉偉.pdf

1、熱障涂層目前廣泛應用于航空發(fā)動機渦輪轉子葉片，隨著目前航空發(fā)動機推進比日益增大，其發(fā)動機進口溫度也將進一步提高。GH586是制造渦輪發(fā)動機轉子葉片的材料之一，其正常最高使用溫度為800℃，超過其使用溫度將會導致材料氧化加劇，破壞其原始的機械性能。而發(fā)動機的實際進口溫度有可能在1000℃以上，未來其進口溫度將會更高。熱障涂層由于具有良好的高溫隔熱性能及高溫穩(wěn)定性能，因而被廣泛用于航空等高溫領域。
　　制備的熱障涂層由粘結層和陶瓷層組

2、成的雙層系統(tǒng)構成。陶瓷層由于優(yōu)良的隔熱性能可以降低高溫合金基體表面的實際溫度，而粘結層一方面承擔著抗高溫氧化的作用，減少基體的氧化，另外也使陶瓷層與基體之間不至于因為熱膨脹系數(shù)差距過大而導致熱應力過大進而引起涂層脫落，起到過渡作用。
　　本文以GH586鎳基高溫合金為基體作為研究對象，陶瓷層材料選用8％Y2O3穩(wěn)定的ZrO2(YSZ)，粘結層材料選用CoCrAlYTaSi。分別采用等離子噴涂技術以及等離子噴涂+激光重熔復合處理兩種

3、工藝，在其表面制備了熱障涂層，研究了等離子噴涂及激光重熔前后涂層的結合力、高溫抗氧化性和熱震性能，并對單獨的粘結層材料進行了抗氧化及熱震性能研究。主要研究成果如下：
　?。?）對等離子噴涂粘結層制備工藝參數(shù)進行了優(yōu)化。優(yōu)化的工藝參數(shù)為功率30kw，距離100mm，主氣流量60L/min，載氣流量45L/min，送粉率2r/min，噴槍移動速度200mm/min。制備的粘結層厚度約為100μm，與基體的結合狀況良好。在1100℃時達

4、到完全抗氧化級別，氧化常數(shù)為2.62892。并最終在涂層表面生成一層致密的氧化膜。涂層在1100℃下的熱震次數(shù)為115次，在氧化和熱震過程中，在基體與粘結層之間均有TGO層產生，隨著熱震和氧化的進行，TGO層厚度增加并最終造成涂層失效。
　?。?）對激光重熔熱障涂層CoCrAlYTaSi/YSZ的工藝參數(shù)進行了優(yōu)化。在功率400W，掃描速度為700mm/min，光斑尺寸5×5mm，搭接量為1mm和離焦量285mm的條件下，對等離子

5、噴涂制備的熱障涂層進行了激光重熔處理。重熔處理后，涂層表面粗糙度有所降低，表面形成了網(wǎng)狀裂紋結構。涂層組織更加致密，重結晶生成多邊胞狀晶體，重熔過程中ZrO2沒有發(fā)生相變。經過激光重熔后的試樣其涂層結合力得到了提高，與等離子噴涂工藝制備的熱障涂層結合力相比，提高了31.43%。
　　（3）兩種工藝制備的熱障涂層在1000℃下熱震過程中沒有發(fā)生相變，噴涂態(tài)涂層熱震次數(shù)最高達到71次，激光重熔后熱震次數(shù)最高達到123次，重熔后涂層的抗