第卷第期今鸡学玻年月一页一大气等离子喷涂的纳米热障涂层的微观结构张玉娟孙晓峰金涛赵乃仁管恒荣胡壮麒中国科学院金属研究所,沈阳摘要采用一,质量分数纳米粉末,经大气等离子喷涂方法制备得纳米热障涂层喷涂前的粉末颗粒直径为一,晶粒尺寸约对涂层的分析结果表明纳米涂层平均晶粒尺寸在一,有个别粗晶直径达一涂层由立方相一和四方相’一组成,’相内存在畴结构涂层内孔洞细小弥散,多呈闭合式下可见位错缠结和富层错的板条带结构关键词一,纳米热障涂层,微观组织,中图法分类号文献标识码文章编号一一一万犷时。,口爪叼,刀万,刀月乞二,之无已。叮,叩乞,,恻。亡万孟飞砂。。,群忍,夕钻艺二忍子忍,夕里,忍。,坛妙之葱饥。一份,一一只乙乙石为一乙,,石、石一「,级聋引沼川冶千一︸︺泛一‘一,,即卜就一,,,热障涂层通常由隔热陶瓷面层和抗氧化合规材料几乎大倍当纳米陶瓷用作面层时金粘结层两部分组成,陶瓷面层通常采用稳定的陶瓷面层与合金粘结层间的热膨胀系数差值减小,热应力陶瓷,由于陶瓷与合金的热膨胀系数相降低,开裂的可能相应减少差很大,当温度场变化时,陶瓷粘结层界面出现较大热由此可见,纳米陶瓷涂层用作隔热面层具有较,,应力可能导致涂层破坏因此用作面层的陶多优势本文采用纳米陶瓷粉末经大气等离子喷涂瓷涂层应具备的重要性能是塑韧性好、热膨胀系数大、热方法制备出纳米热障涂层,研究了其微观结构,为进一步导率小、抗热震能力强与常规材料相比较,纳米材料恰的性能研究奠定基础好具备了上述的多种优势纳米陶瓷的塑韧性大幅度的提实验方法高’,抗热冲击和抗断裂能力相应增强等与实验用涂层材料是溶胶一凝胶法制备的质等人观察到稳定的纳米陶瓷超塑量分数稳定的纳米粉末简称,粉末颗粒呈性达一纳米材料的比热比常规材料大川,相卵石状,粒径分布一图涂层制备工艺为大,应地热导率低用作涂层时隔热效果更好对纳米和,气等离子喷涂工艺参数见表涂层厚约,纳米的研究中发现纳米材料的热膨胀系数比常,拼基体是一种单晶镍基高温合金粘结层是卜卜涂层借助射线衍射、扫描电镜,,和层收到初稿日期一一收到修改稿日期一一透射电镜分析纳米涂的微观作者简介张玉娟,女,年生,博士组织金属学报卷年礴鑫图粉末喷涂前的照片即表喷涂工艺参数叮,叮,—,,一,一图涂层照片与结构简图,叮,实验结果与讨论沉积结构与孔洞图是涂层像,显示涂层为细小片层状结构,层与层之间焊合紧密图是涂层沉积结构的示意图沉积过程中,粉末颗粒以搭积木的方式堆积在基体表面,颗粒间存有空隙,但这种空隙多被后来的沉积颗粒所覆盖,成为闭合孔洞,整个涂层无贯穿性开孔陶瓷材料性能与孔洞的含量、形状、分布密切相关孔洞的存在可使陶瓷比重减小、热导率降低、抗热震性能提高陈但孔洞也是应力集中区,可能直接成为裂纹,使陶瓷强度降低开孔还与陶瓷的透气性、耐腐蚀性有直接关系若面层的开孔过多,外界气体易于到达面层粘结层的界面,粘结层表面氧化膜生长加快,热应力增大,易在此处开裂因此,在面层中希望得到的是尽可能多的、大小一致、分布均匀的闭合孔洞由图可见,纳米粉末制备的涂层孔洞数量较多、细小弥散,尺寸分布主要在内,形状上趋于圆状图而普通粉末粒度分布一拼制,,,图纳米粉末与微米粗粉制备的涂层的孔洞照片备的涂层孔洞分布不均尺寸较大可达数微米由于尺寸因素,孔洞可能彼此连成开孔孔洞的形状不规则,多狭长尖角,易成为裂纹源图结合前面论述可知,纳米粉末制备涂层内孔洞的存在形式更有益纳米晶涂层于涂层的隔热与抗热震性能下观察,涂层的细晶直径仅一期张玉娟等大气等离子喷涂的纳米热障涂层的微观结构图结合图与公式,〕可计算得晶的畴结构,到原粉末晶粒平均尺寸约,涂层平均晶粒尺寸约本文中成分用摩尔分数表达时为,与观察一致由此可见纳米粉末经,处于可生成一相区结果表明涂层大气等离子喷涂沉积得到了纳米晶涂层与原始粉由四方相和立方相组成图,涂层中的四方相内可见典,体比较涂层中的晶粒尺寸略有长大实验中还观察到涂型的鱼骨状畴结构图,说明涂层中主要是非转变型四层内存在个别粗大晶粒,直径约一对于氧化方相与立方相相结构稳定,不易发生向单斜相的,物陶瓷此粒度范围的晶体依然具备纳米材料的特性〔转变,由此可见涂层具有较好的热稳定性与使用性能涂层的纳米晶结构成因主要是喷涂过程中纳米颗粒处于半熔融状态未融区域的晶粒尺寸完全不变,熔加主一气融区域在沉积中经历急冷,也利于细晶形成此外沉积中存在较大的冲击应力应变,可能导致形变细化或再结晶,也消缪弊会促使晶粒细小通常纳米材料很少有晶内缺陷,晶粒转动既可实现微小形变、