SiCw改进ZrO2/Y2O3复合涂层的溶液等离子喷涂制备及性能研究

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在航空航天、机械零部件制造和修复领域,纳米热障涂层的使用能够大大改善传统热障涂层的性能,而溶液等离子喷涂是近几年新兴的非常适合制备纳米涂层的热喷涂技术。本文基于溶液等离子喷涂方式制备ZrO2/Y2O3复合热障涂层,并在涂层中通过SiCw添加克服涂层中出现的缺陷,成功制备出SiCw改进型ZrO2/Y2O3TBCs涂层。采用扫描电子显微镜、能谱分析仪、X射线分析仪等分析了涂层的组织结构。通过显微硬度、热震、隔热和抗氧化实验对涂层的物理化学性能进行了分析和机理研究。研究表明,氧氯化锆和氧化钇水解,结合氨水正滴定作为水解促进剂,可以制备喷涂前驱体溶胶。其间,使用分散剂调节胶体粒子电荷平衡和胶体团聚趋势。同时发现,双氧水的添加不仅可以加速胶体纯化,而且其羟基络合作用能加速水解发生。前驱体液滴经雾化进入火焰,将经历干燥、水解、缩聚、固化、分解、熔化和沉积等一系列物理化学反应。涂层显微形貌观察发现,蜂窝状、多孔隙、层叠丘陵状表面是溶液等离子喷涂氧化锆涂层典型微观形貌。喷涂输入功率须与供料速度相匹配,当供料速度一定时,功率过小,会沉积溶胶颗粒;功率过大,粉末氧化严重,并造成基体过热。本文控制输入功率43kW,喷涂距离100mm,酒精含量50%,送液压力0.3~0.4MPa,喷涂电流560A,喷涂电压78V时喷涂参数适应性最好,涂层沉积率最高。XRD物相分析表明,溶液喷涂涂层成分为四方相Y2O3部分稳定ZrO2结构。通过Scherrer公式计算得涂层晶粒大小为25nm左右。EDS结果表明,而Zr和O的含量比为1:2。SPPS TBCs涂层在显微硬度上低于APS TBCs涂层,达到280HV0.2,但高于基体,对基体起增强作用;SPPS涂层抗氧化性能优于传统APS涂层,1100℃保持100小时增重测试,SPPS涂层为2.258mg/mm2,而APS涂层为5.386mg/mm2;由于SiCw高热导率,SiCw改进SPPS TBCs涂层隔热性能比原始SPPS TBCs涂层略有降低,但仍强于APSTBCs涂层。SiCw改进SPPS TBCs涂层大幅提升了涂层抗热震能力,远高于APS TBCs涂层的16次,达到了37次,SiCw晶须增韧效果明显。
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