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钴基高温合金因其高的组织稳定性被广泛用作长寿命航空发动机的静部件,但其使用温度一般只在1000℃左右。采用热障涂层(TBCs)可进一步提高高温合金的工作温度和使用寿命,,其应用和发展在航空领域备受关注与重视。低压等离子技术(LPPS)在热障涂层的制备中得到广泛应用。本文以定向凝固钴基高温合金DZ40M为基体,通过LPPS制备了粘结层NiCoCrAlYTa/顶层8wt﹪Y<,2>O<,3>-ZrO<,2>(8YSZ)热障涂层,着重研究了粘结层的高温氧化行为、涂层的LPPS制备工艺,并对涂层的热冲击性能进行了分析。得到如下结论:
1.NiCoCrA1YTa沉积态涂层由γ-Ni和γ-Ni<,3>Al相组成,真空热处理后涂层中析出β-NiAl相,涂层、基体中元素发生扩散,涂层/基体界面的结合强度和涂层断面硬度提高,涂层/基体界面附近出现富W、Ta、Cr的a-cr相。
2.900、1000和1100℃恒温氧化,NiCoCrAlYTa涂层表面形成连续a-AL<,2>O<,3>膜,氧化增重遵循抛物线增长规律,表现出较好的抗氧化能力,其中真空热处理涂层1000℃氧化时表面氧化膜过早脱落,导致涂层抗氧化性能下降。涂层/基体附近出现相变带,900℃相变带主要由大片的β-NiAl相组成,1000℃及1100℃相变带由γ和γ-Ni<,3>Al相组成。1000和1100℃氧化,涂层中β-NiAl相退化转变成℃-Ni<,3>Al和γ相,同时析出a-Cr相。
3.在LPPS制备YSZ涂层过程中,压力对涂层显微组织有显著影响。压力升高有利于粉末在喷涂过程中的熔化。喷涂过程中,YSZ颗粒表面氧离子与环境中的氢离子发生反应,生成了Y(OH)3。
4.APS制备的热障涂层与LPPS热障涂层热冲击失效方式不同:前者由粘结层/YSZ涂层界面处开始剥落,后者剥落发生在YSZ涂层内。