等離子噴涂ZrO-,2-復(fù)合涂層抗熱震性能的研究.pdf

1、Y2O3穩(wěn)定的ZrO2(YSZ)涂層具有高溫隔熱性能好、高溫下相穩(wěn)定、耐沖刷等特點(diǎn),并已在燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件、渦輪葉片等高溫工況部件中獲得廣泛應(yīng)用。目前,已有很多研究者對(duì)ZrO2系列涂層在大氣環(huán)境下的抗熱震性能等方面進(jìn)行了深入的研究。但能否將這種耐高溫的熱障涂層應(yīng)用在鑄造模具表面,承受著短時(shí)接觸高溫鐵水環(huán)境的研究很少。因此,通過試驗(yàn)探討短時(shí)接觸高溫鐵水液環(huán)境下ZrO2系列涂層的熱震性能具有重要意義。
　　 本文利用等離子噴涂技術(shù),

2、分別在Q235鋼基體上和304不銹鋼基體上噴涂不同厚度的NiCoCrAlY2O3金屬粘結(jié)底層和ZrO2陶瓷層,然后通過熱震實(shí)驗(yàn)研究不同基體和不同粘結(jié)層厚度對(duì)涂層壽命的影響。利用掃描電鏡觀察YSZ涂層熱震前后顯微組織的變化,研究涂層在熱震過程中的失效過程;利用X-ray衍射分析噴涂態(tài)涂層和熱震后涂層的物相組成;利用EDX分析涂層浸蘸鐵水熱震試驗(yàn)后元素的擴(kuò)散情況。同時(shí),利用金屬-陶瓷梯度涂層可以緩和涂層熱震時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力,提高涂層的結(jié)合強(qiáng)度

3、、抗熱震性性能的基本原理,采用等離子噴涂法在碳鋼Q235基體上制備了NiCoCrAlY2O3-ZrO2梯度涂層,并對(duì)涂層的結(jié)合強(qiáng)度、孔隙率、顯微硬度等性能進(jìn)行了測定。通過與雙層涂層的對(duì)比,研究梯度涂層對(duì)涂層熱震壽命的影響。
　　 試驗(yàn)結(jié)果表明:在1250℃爐口加熱然后空氣噴吹冷卻的熱震條件下,以熱膨脹系數(shù)相對(duì)較低的碳鋼為基體的涂層壽命大于以不銹鋼為基體的涂層。當(dāng)粘結(jié)層厚度小于90μm時(shí),涂層熱震壽命與粘結(jié)層厚度呈顯著的正比關(guān)系;

4、當(dāng)粘結(jié)層厚度大于90μm小于130μm時(shí),涂層熱震壽命隨著粘結(jié)層厚度增長變化不再明顯;當(dāng)粘結(jié)層厚度大于130μm時(shí),涂層熱震壽命幾乎不再隨粘結(jié)層厚度的增加發(fā)生變化。
　　 噴涂態(tài)ZrO2陶瓷層中均勻分布著一些孔隙和裂紋。陶瓷層中物相為ZrO2的四方相t-ZrO2和立方相c-ZrO2。隨著涂層在爐中熱震次數(shù)的增加,發(fā)生了部分ZrO2的四方相(t)和立方相(c)向單斜相m-ZrO2的轉(zhuǎn)變,陶瓷涂層的顯微裂紋不斷通過孔隙或原有裂紋聯(lián)通

5、的方式擴(kuò)展。
　　 通過浸蘸鐵水熱震試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)涂層內(nèi)有大量裂紋產(chǎn)生。而且隨著熱震次數(shù)的增加,在陶瓷層局部區(qū)域,各種方向的裂紋交織在一起。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)在浸蘸鐵水熱震試驗(yàn)后,鐵水中元素與陶瓷中元素產(chǎn)生了相互擴(kuò)散,擴(kuò)散深度大于60μm。鑄鐵熔渣中的Ca與陶瓷中的Zr、O等元素形成了新相。
　　 NiCoCrAlY2O3-ZrO2梯度涂層和普通雙層涂層相比結(jié)合強(qiáng)度和抗熱震性能都有所提高,其中抗熱震性能提高了大約20％。過渡層的應(yīng)用