激光重熔改性YSZ热障涂层抗CMAS腐蚀行为研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:woshi19891
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等离子喷涂制备的Y2O3部分稳定的ZrO2(简称为YSZ)热障涂层,因其具有较低的成本及较高的隔热性而广泛用来提高航空发动机高压涡轮叶片等热端部件的工作温度。但在其服役过程中,大气、灰尘中带入的低熔点钙镁铝硅颗粒(Ca O-Mg O-Al2O3-SiO2,简称CMAS)会沉积在热障涂层表面,造成热障涂层脱落失效,严重危害发动机的安全运行。本文采用激光重熔技术对等离子喷涂制备的YSZ热障涂层表面进行改性处理,以期提高热障涂层抗CMAS高温腐蚀性能。研究了激光重熔YSZ热障涂层过程中组织演变规律,探究了激光工艺参数对涂层组织结构的影响机制,揭示激光重熔层抗CMAS高温腐蚀机理,具体研究如下:(1)研究了不同激光比能重熔YSZ热障涂层组织演变规律,实验结果表明:采用激光重熔工艺对涂层改性处理后,喷涂态涂层组织中的孔隙、裂纹等缺陷被消除,以机械结合形式的层状结构组织转变为化学冶金结合的致密重熔层组织。在激光重熔过程中,激光比能的大小影响重熔程度及组织孔隙改善情况,激光比能为22.22J/mm2时,重熔程度较小,重熔层深为180μm;激光比能为66.67J/mm2时,涂层组织孔隙改善情况最好,孔隙率由21.4%降低至1.9%。(2)探究了激光功率、扫描速度、激光搭接率工艺参数对重熔层组织的影响机制,结果表明:激光功率对重熔组织致密度影响最大,当激光功率为700W时,重熔层组织致密度可达93.9%;激光搭接率对重熔成型质量影响较大,当搭接率为25%时,可有效减少激光重熔能量持续注入熔池导致搅拌条纹区域出现的现象;扫描速度对涂层重熔成型影响较小,当扫描速度为120mm/min时,较慢的扫描速度有助于重熔层组织均匀成型。综合分析,较佳激光重熔工艺参数为:激光功率500W;扫描速度120mm/min;光斑直径3mm;激光搭接率25%。(3)详细研究了激光重熔层抗CMAS高温腐蚀的机理,实验结果表明:等离子喷涂制备的YSZ涂层表层经熔盐CMAS腐蚀后,表层组织出现了尺寸0.5μm-1μm的球状m-ZrO2颗粒,在涂层内部生成MgAl2O4提高了内应力,造成裂纹萌生扩展;然而,YSZ涂层表层经激光重熔处理后,重熔层组织较致密,阻碍了CMAS熔盐中Ca、Mg、Al、Si元素向涂层内部扩散,减少了腐蚀产物的生成,大幅度提升了涂层的抗CMAS高温腐蚀性能。
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