超聲輔助激光熔覆YSZ陶瓷涂層實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、Y2O3穩(wěn)定的ZrO2(YSZ)陶瓷具有熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱系數(shù)小、熱膨脹系數(shù)高、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用最廣泛的熱障涂層材料之一，在航空航天、海洋化工等領(lǐng)域的極端環(huán)境中得到廣泛應(yīng)用。激光熔覆技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜基體上陶瓷涂層的直接快速制備，實(shí)現(xiàn)涂層與基體的冶金結(jié)合。由于在單一熱源的作用下，熔池內(nèi)的對(duì)流形式較為簡(jiǎn)單，涂層與基體之間的互熔稀釋作用易引起涂層內(nèi)部組織和成分的不均勻分布。因陶瓷材料與金屬基體之間較大的熱物性差異，在凝固過(guò)程中涂層內(nèi)將產(chǎn)生較

2、大的熱應(yīng)力，涂層開裂敏感性較高，降低了涂層結(jié)合強(qiáng)度，嚴(yán)重制約了激光熔覆技術(shù)在制備金屬/陶瓷功能梯度涂層中的應(yīng)用。
　　借鑒超聲振動(dòng)在鑄造、焊接等領(lǐng)域的應(yīng)用成果，本文基于超聲振動(dòng)與液態(tài)媒質(zhì)之間的相互作用機(jī)理，論證超聲場(chǎng)輔助手段改善激光熔覆金屬/陶瓷功能梯度涂層制備質(zhì)量的可行性;在此基礎(chǔ)上，通過(guò)開展超聲輔助激光熔覆YSZ陶瓷涂層實(shí)驗(yàn)，研究超聲振動(dòng)對(duì)涂層宏觀形貌、微觀組織、互熔稀釋特性、相組成及力學(xué)性能等的影響規(guī)律，揭示超聲振動(dòng)改善涂層

3、宏、微觀質(zhì)量以及力學(xué)性能的作用機(jī)理。利用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、維氏硬度計(jì)、摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)等工具對(duì)樣件進(jìn)行宏、微觀形貌觀察及力學(xué)性能檢測(cè)。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)搭建超聲輔助激光熔覆實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，測(cè)試超聲振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)性能，研究超聲場(chǎng)與激光束之間的耦合作用機(jī)制，為將超聲振動(dòng)科學(xué)合理的引入到激光熔覆過(guò)程中提供理論指導(dǎo)。
　　(2)以Y2O3穩(wěn)定的ZrO2陶瓷粉末為原材料，進(jìn)行送粉式超聲輔助激光熔覆的工藝研究，分析超聲振動(dòng)對(duì)

4、涂層截面形貌、界面形態(tài)、表面質(zhì)量的影響，研究不同超聲功率條件下涂層宏觀形貌的變化規(guī)律，以及超聲場(chǎng)作用下熔覆過(guò)程的溫度場(chǎng)變化。
　　(3)通過(guò)對(duì)比分析超聲振動(dòng)對(duì)涂層微觀組織演化以及元素分布的影響規(guī)律，總結(jié)超聲輔助激光熔覆與傳統(tǒng)激光熔覆技術(shù)的異同，評(píng)價(jià)超聲振動(dòng)對(duì)涂層顯微硬度及摩擦磨損等力學(xué)性能的影響規(guī)律，并討論其影響機(jī)制。
　　本文提出了一種超聲輔助激光熔覆金屬/陶瓷功能梯度涂層的方法，初步探索了超聲振動(dòng)對(duì)涂層宏、微觀質(zhì)量及力學(xué)