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金属/陶瓷梯度热障涂层的性能提升

时间:2020-02-26 16:02:18  来源:  作者:

 梯度涂层独特的微观结构、优异的力学和热学性能,使其具有十分重要的科研价值,但梯度涂层的内部缺陷、涂层设计多变量影响着涂层性能。如何提高涂层性能,目前科研人员的研究主要集中在三个方面:一是优化涂层制备工艺,二是改进喷涂技术,三是改善涂层设计。优化涂层制备工艺:等离子喷涂制备金属/陶瓷梯度热障涂层的关键在于如何控制不同粉末的成分比使得涂层呈梯度式变化。早期使用双枪或多枪口分别在同一位置沉积不同的粉末,可单独调整各枪的工艺,可得到不同粉末的最佳喷涂工艺参数。然而,喷涂过程中等离子射流之间存在互相干扰,以及喷涂条件改变产生的不同粒子间结合不牢和喷涂成本提高等问题,导致当前主要对单枪等离子喷涂设备的喷涂工艺进行优化研究。。全面模拟等离子喷涂制备金属/陶瓷梯度热障涂层的过程,包括基本参数在喷嘴出口处的预测、三维等离子体射流与粒子之间的交互作用、金属和陶瓷粒子的温度和飞行轨迹、熔融粒子与基体之间的相互作用,以及涂层的沉积过程。充分考虑等离子体射流中具有化学反应的湍流效应、粒子在基体上的分散状态以及梯度涂层的成分分布等各种复杂现象,可以实现数值模拟分析结果与实际喷涂实验结果较好的吻合,为实验提供详细的优化指导。改进喷涂技术:混合粉末内各组分的熔点差异大,即使经过工艺优化,仍存在陶瓷粉末半熔或未熔的现象,使得涂层质量下降和合金粉末因过熔、严重氧化而失去增韧作用,并且涂层并非一次成形,而是多次分层喷涂,使得涂层内部仍会形成内界面,涂层在服役过程中发生应力集中导致层间开裂和剥落。此外,采用低压等离子喷涂技术制备金属/陶瓷梯度热障涂层,可通过控制腔室压力和粉末粒径,来降低涂层内部孔隙率,提高涂层密度,从而增加涂层的强度和导热系数,降低热循环过程中涂层表面温度和热应力,达到提升涂层抗热疲劳性能的目的。涂层后处理也是提升涂层质量和性能的一种重要方式,通过热等静压、回火等后处理方式,能够促进涂层内部扩散行为,有效地改善了涂层微观结构,降低了涂层残余应力,提高了涂层的结合强度和抗疲劳性能。涂层内部缺陷是制约涂层性能的重要原因之一,对喷涂技术的改进有望获得质量高、性能优异的涂层,同时降低制备过程的复杂程度。

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