Page 21 - 理化检验-物理分册2019年第二期

陶 翀, 等: 等离子喷涂 MCrAlY 涂层的高温氧化性能
涂层作为传统的 TBC 涂层, 已经不能满足一些特殊
工况下的使用要求, 其强度较低、 热稳定性低的缺点
逐渐显现出来.
氧化物陶瓷具有许多优良的化学和物理性能,
如硬度高、 耐磨性好、 高温稳定性和化学稳定性好、
热导率低等, 已被广泛应用于各类耐磨材料中.将
氧化物陶瓷添加到 MCrAlY 涂层中, 可使涂层具有
优异的力学性能与抗高温氧化能力
者在 MCrAlY 涂层中添加了两种不同的氧化物陶
,
瓷 Al ２O ３ 和 Cr ２O ３ 研究了新涂层的抗高温氧化性
能, 并探究了其高温氧化机理.
１ 试样制备与试验方法
１．１ 试样制备
试 验 采 用 商 用 MCrAlY ( NiCoCrAlYTa ),
,
Al ２O ３ Cr ２O ３ 粉末, 其粒径分布集中在１５~４５ μ m ,
粉末形态如图 １ 所示.使用机械混合方法, 将氧化
物陶瓷粉末与 MCrAlY 粉末进行混合, 两种混合粉
末中的氧化物陶瓷质量分数均为 ３０％ .采用美国
普莱克斯公司 ３７１０ 等离子喷涂控制系统及 SGＧ１００
型等离 子 喷 枪 进 行 大 气 等 离 子 喷 涂 试 验. 选 用
图 １ 试验粉末 SEM 形貌
Fi g 敭１ SEM mor p holo g iesofthetest p owders
８ ０
０Cr２５Ni２０ 不锈 钢 作 为 大 气 等 离 子 喷 涂 的 基 体 材
料, 喷涂前对基体表面进行喷砂粗化处理.喷涂工
艺参数为: 喷涂电压 ４０V , 喷涂电流 ５００A , 送粉速
率 ４５g min , 喷涂距离 ８０mm .两种涂层粉末成
－１
分如表 １ 所示.
表 １ 涂层成分配比( 质量分数)
Tab敭１ Theratioofcoatin g com p ositions massfraction ％
试样编号
[ ９Ｇ１２ ] .为此, 笔 NiCoCrAlYTa Al ２O ３ Cr ２O ３
C１ ７０ ０ ３０
C２ ７０ ３０ ０
１．２ 试验方法
采用 Ol y m p usＧBX５１M 光 学 显 微 镜 ( O p tical
Microsco p e , OM ) 测定涂层金相试样的孔隙率及涂
层厚度.采用 MHVＧ２０００ 型显微维氏硬度计对涂
层和基体进行显微硬度测定, 选用的荷载为 ０．９８N
( １００g f ), 加载时间为 １５s .涂层高温氧化试验参
照的是航空标准 HB５２５８－２０００ « 钢及高温合金的
抗氧 化 性 测 定 试 验 方 法» 和 国 标 GB / T １３３０３－
１９９１ « 钢的抗氧化性能测定方法», 采用的是试样不
连续称重法, 也称为涂层循环氧化法.选用 SRJXＧ
８Ｇ１３ 箱式电阻炉作为高温氧化试验的加热保温炉.
涂层氧化温度为 ７００ ℃ , 氧化过程总时间为 １００h ,
过程中每隔 １０h 连同坩埚( 冷却至室温) 称量一次,
其质量称量精度可达 ０．０００１m g 以单位面积试样
,
质量增加随时间的变化作图得到氧化动力学曲线,
并对氧化膜进行分析然后讨论其氧化机理.为保证
试验精度, 同时试验 ３ 个试样, 取其平均值.采用日
本电 子 公 司 生 产 的 ６５１０A 型 扫 描 电 子 显 微 镜
( Scannin gElectron Microsco p e , SEM ) 及其配套的
能谱 仪 ( Ener gyDis p ersiveS p ectrometer , EDS ) 观
察涂层氧化前后的表面形貌和微区的元素分布.用
Bruker D８ＧAdvanced 型 X 射 线 衍 射 仪 ( XＧra y
Diffractometer , XRD ) 测定涂层的物相组成.
２ 试验结果与讨论
２．１ 涂层组织与基本性能
涂层的 XRD 谱如图 ２ 所示, 可见涂层中存在
,
Cr ２O ３ Ni ３Al , Al ２O ３ 三 种 物 相.等 离 子 喷 涂 过 程
中 Al ２O ３ 被加热到熔融态, 并被加速喷出, 当撞击
到基体材料或已形成的涂层时, 发生了快速的冷却,
并伴 随 发 生 晶 型 的 转 变, 这 一 非 平 衡 态 过 程 使
. 从 图 ２ 还 可 以 发
Al ２O ３ 生成 亚 稳 态 的 γＧAl ２O ３
现, 在 ２ θ≈４５° 附近, 涂层的衍射峰有着明显的宽化
现象, 表明涂层中存在着部分非晶或纳米晶, 这说明