等离子喷涂ZrO_2涂层的火焰喷烧和水淬热冲击

热障涂层

张红松等　等离子喷涂ZrO2涂层的火焰喷烧和水淬热冲击

等离子喷涂ZrO2涂层的火焰喷烧和水淬热冲击

张红松,王富耻,马壮,李淑华,冼文锋,成志芳

(北京理工大学材料科学与工程学院,北京100081)

　　[摘　要]　研究了等离子喷涂ZrO2涂层在水淬和火焰喷烧两种条件下的热冲击性能,采用ANSYS软件对两种条件下涂层的热冲击性能进行了有限元计算。结果表明:水淬条件下垂直裂纹主要分布在距离涂层中心12mm的范围内,随着热冲击次数的增加垂直裂纹最终进入次表层,靠近中心处裂纹扩展较快;火焰喷烧条件下,垂直裂纹分布在距离涂层中心

10mm的范围内,随着热冲击次数的增加裂纹在表面层和次表层界面处发生偏转,中心处裂纹扩展较快;火焰喷烧条件下

涂层的抗热震性能优于水淬条件,涂层中的孔隙加速了两种条件下裂纹的扩展。

[关键词]　梯度涂层;热冲击;裂纹;扩展;孔隙;有限元

[中图分类号]TG174.442　　　[文献标识码]A　　　[文章编号]1001-3660()04-0030-04

ThermalShockwithFlameterofPlasma2nZHANGHong2song,WANGFu2i,AIWen2feng,CHENGZhi2fang

(CollegeofMaterialsnstituteofTechnology,Beijing100081,China)[las2sprayingZrO2coatingsundertheconditionsofwaterquenchingandflameANSYSsoftwareisusedtocalculatethethermalshockbehaviorsofcoatingundertwoconditiresultsshowthatunderconditionofwaterquenching,theverticalcracksdistributintheare2a12mmfarawayfromthecenterofcoating.Withtheincreasingofthermalshocknumberverticalcrackswhichpropagatedfastnearthecenterofcoatingenterintothesecondcoating.Theverticalcracksundertheconditionofflamejetdistributeinthearea10mmfarawayfromthecenterofcoating,withtheincreasingofthermalshocknumbertheverticalcrackswhichpropagatedfastnearthecenterofcoatingdeflectattheinterfacebetweenthetop2coatingandthesecond2coating.Thethermalshockresistanceofcoatingundertheconditionofflamejetisbetterthanthatofwaterquenching,theporesincoatingacceleratestheextendingofcracksundertwocondi2tions.

[Keywords]　Gradedcoatings;Thermalshock;Crack;Propagation;Pore;Finiteelement

的制备和失效控制,提高涂层的使用寿命具有重要意义。

0　引　言

等离子喷涂制备的陶瓷2金属热障涂层已在航空、航天发动机等领域得到了广泛的应用。Y2O3部分稳定的ZrO2由于具有低的热导率及良好的抗热冲击性能而成为热障涂层的理想材料[1]。等离子喷涂制备的梯度热障虽然实现材料组分、结构与性能的连续变化,有效缓解了涂层制备后的残余应力以及因热循环造成的热应力,改善了涂层的性能[223],但由于涂层在高温环境下工作或受到温度剧烈变化的影响时,仍会造成结构的热震损伤而出现早期失效,这已经成为关注的焦点[427]。因此研究热障涂层的热震失效过程中裂纹形成、分布和扩展,对于涂层

[收稿日期]2006-02-15

本文研究了等离子喷涂ZrO22Ni/Al热障涂层在水淬和火焰喷烧两种热冲击条件下裂纹的形成、分布和扩展,并采用AN2

SYS软件对涂层的热冲击性能进行了有限元分析。

1　试验材料和方法

基体为圆柱形LY12硬铝合金,尺寸<36mm×10mm,陶瓷粉μm的6%～8%Y2O3部分稳定的ZrO2,金末采用颗粒度20～80

μm的Ni/Al。在粘结层之前采用超属粉末采用颗粒度45～100

音速火焰喷涂法于基体表面先制备一层NiCoCrAlY层,主要工艺参数见表1,喷涂过程中采用压缩空气冷却来控制基体温度,使

[作者简介]张红松(1977-),男,河南睢县人,博士,主要从事热喷涂技术的研究。