激光熔覆Ni/8YSZ复合热障涂层工艺与性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jun342546371
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激光熔覆技术作为一种制备高性能涂层的方法成为近年来的研究热点,其作为热障涂层的新型制备工艺也有着良好的应用前景,然而由于陶瓷材料与金属基体的物理性能差异和激光熔覆快热速冷的特点,导致激光熔覆热障涂层极易开裂脱落。针对这一问题,本文通过在8YSZ陶瓷粉末中添加Ni粉末以改进陶瓷粉末的物理性能,并采用激光熔覆技术和预热处理辅助方式,在310S不锈钢上制备了成形质量良好的Ni/8YSZ复合热障涂层,并对该涂层的工艺、结合性能和在1050℃大气环境下的抗高温氧化性能与抗热震性能进行了研究,讨论了该涂层的生长机理,分析了该涂层的氧化与热震失效机制,结论如下:(1)在激光熔覆工艺参数中,激光功率对Ni/8YSZ复合热障涂层质量的影响最为明显,其次为激光扫描速度,而光斑直径的影响最不明显。并获得了Co Ni Cr Al Y粘结层的最佳激光熔覆工艺参数:激光功率为1000 W,激光扫描速度为6 mm·s-1,光斑直径为4.5 mm,搭接率为22.8%;激光熔覆Ni/8YSZ复合陶瓷层最佳工艺参数:激光功率为800 W,激光扫描速度为8 mm·s-1,光斑直径为4.5 mm,搭接率为32.4%。(2)预热处理对热障涂层的裂纹有一定抑制作用,但该作用有限,对裂纹抑制和消除起主要作用的是适量的Ni粉末。Ni/8YSZ复合热障涂层结合性能良好。其中15%Ni/8YSZ复合热障涂层结合性能最佳,结合方式为冶金结合,且不同于APS的层状结构和EB-PVD的柱状结构,其微观组织致密连续,无裂纹缺陷,具有超低的孔隙率,孔隙率仅为0.018%。(3)Ni/8YSZ复合热障涂层抗高温氧化性能和抗热震性能良好。其中15%Ni/8YSZ复合热障涂层抗高温氧化性能和抗热震性能最佳,热循环次数最多,为29次,该涂层的氧化增重速率最小,为0.110243 mg~2·cm-4·h-1,是310S基体氧化增重速率的1/10。Ni/8YSZ复合热障涂层恒温氧化失效发生在粘结层与复合陶瓷层的结合处,氧化失效机制主要为TGO生长产生的热应力集中致使其脱落失效。Ni/8YSZ复合热障涂层热震失效发生在复合陶瓷层内部,热震失效机制主要为冷热交替产生的热应力集中致使其脱落失效。本文为解决激光熔覆热障涂层以及陶瓷涂层的开裂问题提供了方法思路,为激光熔覆热障涂层的应用与发展提供了理论和实验参考。
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