7YSZ-Al2O3-Ni-343多層熱障涂層的同步合成及其性能研究.pdf

1、熱障涂層是一類用于隔熱、抗氧化、抗腐蝕的功能材料,它們能有效地保護(hù)在高溫等惡劣環(huán)境下工作的部件。近年來,隨著航天航空領(lǐng)域的飛速發(fā)展,對(duì)熱障涂層的性能提出了越來越高的要求。因此,研制性能優(yōu)異的新型熱障涂層系統(tǒng),開發(fā)先進(jìn)的涂層制備新技術(shù)是當(dāng)今材料科學(xué)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一。為此,本文以7YSZ/Al2O3/Ni-343(7YSZ:ZrO2-7wt.％Y2O3;Ni-343:Ni22Cr10A11Y)納米涂層的同步合成和性能分析為目標(biāo),采用放電等

2、離子燒結(jié)(Spark PlasmaSintering,SPS)技術(shù)為手段,通過對(duì)涂層的結(jié)構(gòu)及其制備工藝的控制,成功地制備出具有納米結(jié)構(gòu)的7YSZ/Al2O3/Ni-343熱障涂層,并對(duì)其各項(xiàng)性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　 以納米7YSZ粉末、純Al薄膜和預(yù)先低溫球磨得到的納米Ni-343合金粉末為原料,采用放電等離子燒結(jié)技術(shù),在不同燒結(jié)溫度、軸向壓力、保溫時(shí)間條件下制備出了不同結(jié)構(gòu)的7YSZ/Al2O3/Ni-343熱障涂層。研究了

3、低溫球磨對(duì)Ni-343粉體顯微結(jié)構(gòu)的影響,以及放電等離子燒結(jié)工藝與熱障涂層組織、結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系;對(duì)比了含有納米和微米Ni-343粘結(jié)層熱障涂層的結(jié)合強(qiáng)度、抗氧化行為和抗熱沖擊性能;并通過對(duì)Ni-343合金塊體試樣的進(jìn)一步研究,確立了Ni-343合金微觀結(jié)構(gòu)、物相組成與力學(xué)性能的相互依賴關(guān)系,集中分析了納米化對(duì)Ni-343合金以及熱障涂層系統(tǒng)顯微結(jié)構(gòu)和性能的綜合影響。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,低溫球磨技術(shù)可以有效地減小Ni-34

4、3粉體的晶粒尺寸至20-70nm。采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)可以同步獲得結(jié)構(gòu)均勻、結(jié)合緊密、高溫性能優(yōu)異的納米7YSZ/Al2O3/Ni-343熱障涂層,其最佳制備參數(shù)為:7YSZ陶瓷層厚度500μm,Ni-343粘結(jié)層厚度150μm:燒結(jié)溫度1000℃,軸向壓力50MPa,保溫時(shí)間3min。與微米涂層相比,含有納米Ni-343粘結(jié)層的熱障涂層具有更好的層間結(jié)合強(qiáng)度、抗氧化性能、以及較長的抗熱沖擊循環(huán)壽命。顯微結(jié)構(gòu)研究表明:熱障涂層性能的提