第22卷第2期河南工程学院学报(自然科学版)Vol22,No22010年6月JOURNALOFHENANINSTITUTEOFENGINEERINGJun.2010大气等离子喷涂Sm2Zr2O7热障涂层拉伸断裂机制陈晓鸽1,张政2(1.河南工程学院土木工程系,河南郑州451191;2.河南工程学院机械工程系,河南郑州451191)摘要:采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射技术研究了大气等离子喷涂Sm2Zr2O7热障涂层的拉伸断裂机制.结果表明,涂层主要从靠近表面陶瓷层/金属粘结层界面处的陶瓷层内部断裂,部分从表面陶瓷层/金属粘结层界面处断裂.涂层内部熔融颗粒之间结合得不牢固及显微裂纹是涂层从陶瓷层内部断裂的主要原因,陶瓷层/金属粘结层界面处的疏松组织造成涂层部分从其界面处断裂.关键词:热障涂层;拉伸;断裂中图分类号:TG174.442文献标识码:A文章编号:1674-330X(2010)02-0032-04随着先进航空发动机向高流量比、高推重比和制,颗粒度为20~80m,粉末微观形貌如图1所高涡轮进口温度方向的发展,航空发动机关键热端示.从图1(a)可知,Sm2Zr2O7粉末并不是理想的球部件所面临的燃气温度进一步提高(大于1600),形,而是以短轴状为主,其尺寸为50m左右.图1现役热障涂层由于其表面陶瓷层材料在高温下相变(b)是单个Sm2Zr2O7颗粒的局部放大照片,可以看及烧结收缩严重致使涂层隔热性能下降,已难以满出大颗粒是由无数个近似球形的微小颗粒团聚而足航空发动机进一步发展的要求[1].目前,为解决成,其大小在0.2~1m,颗粒间结合紧密.以上问题,被广大学者所认可的方法之一就是寻求新型低热导率陶瓷材料替代现役的Y2O3部分稳定的ZrO2(Y2O3stabilizedZirconia,简称YSZ)材料[2].在所研究的热障涂层用陶瓷材料中,化学式为A2Zr2O7(A代表稀土元素)的稀土锆酸盐由于其较低的热导率(小于YSZ)、与YSZ接近的热膨胀系数及良好的高温相稳定性能,被认为是最具潜力的图1喷涂用Sm2Zr2O7粉末微观形貌新型热障涂层候选陶瓷材料[3-5].但目前的研究主Fig.1MicrostructureofSm2Zr2O7powders要集中于该体系材料的热物理性能,而对其热障涂forthermalspraying[6-7]层的性能研究甚少.为了对相应稀土锆酸盐的在陶瓷层喷涂之前先用JP-5000型超音速火热障涂层性能有初步的了解,本文采用大气等离子焰喷涂系统在金属基体表面制备一层NiCoCrAlY喷涂技术制备了Sm2Zr2O7热障涂层,测试了其结合(颗粒度为20~45m)金属粘结层;然后用Praxair强度并分析了涂层在拉伸应力作用下的断裂机制.SG-100型高能等离子喷涂系统制备Sm2Zr2O7涂1试验材料与方法层,主要工艺参数见表1,喷涂过程中用压缩空气冷却来控制试样的温度.涂层由0.1mm的金属粘结基体采用圆柱形镍基高温合金,尺寸为层和0.5mm的表面陶瓷层构成.采用WE-30B型36mm10mm;陶瓷粉末(Sm2Zr2O7)为实验室自收稿日期:2010-01-20作者简介:陈晓鸽(1983-),女,河南濮阳人,助教,主要从事热障涂层及材料热物理性能的研究.第2期陈晓鸽,等:大气等离子喷涂Sm2Zr2O7热障涂层拉伸断裂机制!33!液压万能试验机测量涂层结合强度,测量前将带有基体的涂层试样上下表面及夹具表面用砂纸打磨以保证各个表面平整,并进行喷砂处理.喷砂后在试样及夹具表面上涂抹厚度均匀的E-7环氧树脂胶,然后将夹具分别与试样上下表面对接,保证对中,适当加压后放入烘箱,在100下固化3h后即可进行测试,结果取5个试样的平均值.采用日本高新株式会社生产的S-4800型冷场发射扫描电子显微镜分析涂层的断口形貌,用XRD技术分析断口的相成分.表1涂层制备主要喷涂工艺参数Tab.1Mainthermalsprayprocessingparametersofthermalbarriercoatings参数名称ZrO2Sm2Zr2O7NiCoCrAlY电流/A900900700喷涂距离/mm7575380主气/(l!min-1)30.5530.5530.55次气/(l2!min-1)30.5530.55-图2试样断口(a)及其XRD图谱(b)送粉率/(R!min-1)4.04.05.4Fig.2Samplfracture(a)anditsXRDpattern(b)-1载气/(l!mi