等离子喷涂-物理气相沉积制备热障涂层对气膜冷却孔的影响

发布时间：2020-01-19 14:48

【摘要】：目的研究等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)制备热障涂层过程中影响气膜冷却孔堵塞情况的因素。方法采用等离子喷涂-物理气相沉积技术,以团聚烧结的ZrO_2-7%Y_2O_3(7YSZ)为原料,在预制有气膜冷却孔的高温合金板基体上制备热障涂层,研究了气膜冷却孔的孔角度、孔径大小等参数在热障涂层制备过程中对气膜孔堵塞情况的影响。结果当气膜冷却孔的孔径控制为0.85 mm时,30°、60°、90°气膜冷却孔的孔径收缩率分别为19.01%、14.50%、14.86%,孔径收缩率随角度的增大而减小,一定程度后保持稳定。孔内部涂层结构与表面涂层结构一致,都为柱状结构涂层。当气膜冷却孔的角度控制为30°时,孔径为1.0、1.3、15 mm的气膜冷却孔的孔径收缩率分别为36.40%、31.70%、24.45%,孔径收缩率随孔径的增大而减小。涂层在孔内的分布深度随孔径大小的增大而增大。结论气膜冷却孔的角度会影响PS-PVD热障涂层的沉积效率,从而影响孔径收缩率。气膜冷却孔的孔径不影响PS-PVD热障涂层的沉积效率,但会影响孔径收缩率。
【图文】：

微观形貌,微观形貌,涂层,气膜

坌蚊玻囫馊唇峁沟耐坎阍诳卓?和孔内沉积，气膜孔的孔径有不同程度的减小，图1a、1b、1c分别为30°、60°和90°气膜孔截面。30°、60°和90°气膜孔的孔径收缩率分别为19.01%、14.50%和14.86%（如表4所示），表明0.85mm的气膜孔采用PS-PVD制备热障涂层，孔径收缩率小于20%。图2为不同角度气膜孔的孔径收缩率变化趋势，可知30°孔的收缩率最大，堵塞情况最严重；随角度的增大，孔径收缩率逐渐减小，达到一定水平后保持稳定。分析认为，当气膜孔角度较小时，孔口的几何形状更有利于等离子体射流中的气相分子附着、沉积图11#、2#、3#气膜冷却孔用PS-PVD制备7YSZ涂层后的微观形貌Fig.1Micro-topographyoffilmcoolingholesafterspraying7YSZcoatingbyPS-PVD

趋势图,收缩率,孔径,趋势

·24·表面技术2017年8月表41#、2#、3#气膜冷却孔的孔径收缩率Tab.4Percentageofcontractionofdiameterwith1#,2#and3#filmcoolingholeNum-berDiameter/μmThickness/μmContractionPri-maryafterHVOFafterPS-PVDBCTCDiame-ter/μmPercen-tage/%1#8558086924611616219.012#863780738834212514.503#875810745656513014.86图2孔径收缩率趋势Fig.2Trendchartofdiametercontraction并形成涂层。随角度的增大，气膜孔的结构使等离子体射流中的部分气相分子能够穿孔而过，而不是在孔口位置附着和沉积，导致沉积效率降低，涂层厚度相较于小角度孔更薄，孔径收缩率因此也更校气膜孔角度的改变影响了涂层的沉积效率，从而影响了气膜孔的孔径收缩率。由PS-PVD制备所得到的热障涂层为柱状结构，在平整基体表面沉积的厚度较为均一，如图1所示。在气膜孔的孔口和孔内位置，由于基体几何条件的改变，涂层的沉积条件不同于平面位置。角度的存在增大了沉积面积，从而使孔口和孔内的涂层厚度比平面位置薄，且位置越深入孔内，气相分子越难以沉积，涂层厚度越保气膜孔的角度越大，孔内涂层变薄的趋势越快，如图1所示。但是由于孔内和平面涂层的沉积方式一致，所以孔内涂层结构和平面位置同样为柱状结构。图3为2#气膜冷却孔内部的涂层形貌，，可以看出与图1中平面位置结构相似，明显不同于等离子喷涂所形成的层片状结构。2.2孔径对气膜冷却孔堵塞情况的影响图4为角度30°、不同孔径的气膜孔经过PS-PVD制备热障涂层后的微观形貌。图4a、4b、4c分别为4#、5#、6#气膜孔截面。4#、5#、6#气膜孔的孔径收缩率分别为36.4%、31.7%、25.45%，如表5所示。由前面

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