第38卷第1期 2017年1月
焊接学报
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION 多孔YSZ涂层的制备和可磨耗性
丁坤英，于建海，高元
（中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室，天津300300）
Vol.38
No.1
January
2017
摘要：采用等离子喷涂方法在Ni718合金表面制备氧化亿稳定氧化错（YSZ)涂层，通过在YSZ喷涂粉末中分别加人10%30%和50%（质量分数，%）表面包覆Ti0，的聚苯酯材料，涂层平均孔隙率从原来的2.1%分别提高到 12.3%，28.5%和29.7%，孔隙的平均直径从原来的4.2μm分别变为14.4,18.5和25.4μm.随着孔隙的增多，涂层的表面洛氏硬度下降，同时涂层在刮磨过程中的摩擦力和摩擦系数下降，当孔隙率由2.1%上升到30%左右时，涂层在刮磨过程中的磨耗质量上升3倍左右，相对应的转动销质量损失下降约50%结果表明，孔隙率的提高使得涂层的可磨耗性上升
关键词：等离子喷涂；YSZ涂层；聚苯酯；孔隙率；可磨耗性
中图分类号：TG178 0序言
文献标识码：A
文章编号：0253360X(2017)01005605
1试验方法
为了提高航空发动机的效率，需要减小转动叶
片和静密封环之间的间隙：有资料显示，叶尖漏气使得发动机的效率下降约10%，其中由涡轮叶片漏气引起的效率损失占到20%左右"]，为了减少涡轮叶片与密封环之间的间隙，可以在静密封环表面涂覆一层可磨耗的封严涂层，由于发动机涡轮工作温度较高（1000℃以上），这种封严涂层既要有优异的耐高温性能又要具有良好的可磨耗性能[2-4]，含有7%~8%氧化亿的氧化错（YSZ)涂层是发动机通常采用的耐高温涂层，但是这种涂层硬度较高，可磨耗性能较差，若直接用来做封严涂层会损伤涡轮叶片[3].近来的研究表明，增加涂层的孔隙率可以提升它的可磨耗性[6]，例如SulzerMetco公司采用空心氧化锆陶瓷粉末制备涂层，可使它的孔隙率提升至30%，增加了涂层的可磨耗性。但是制造空心粉末的成本较高，并且此技术为SulzerMetco公司的专利技术，目前没有大范围使用。文中采用等离子喷涂方法制备YSZ涂层，通过聚苯酯造孔填料增加涂层中的孔隙。为了避免聚苯酯在等离子喷涂过程中烧损，通过溶胶凝胶的方法在聚苯酯表面包覆一层氧化钛，用
来保护聚苯酯，以达到提高涂层孔隙率的目的收稿日期：2016-02-24
基金项目：国家自然科学基金青年基金资助项目（51501222）；中央
高校基本科研业务经费中国民航大学专项基金资助项目（3122015L001）；中国民航局科技计划资助项目(MHRD20160106)
万方数据
文中采用Ni718合金作为基体材料，合金主要
成分为（质量分数.%）：50~55Ni.19.0Cr.19.0 Fe,3.0Mo,5.1Nb.用于制备涂层的喷涂粉末为5 种，第1种为Praxair公司生产的Co-110型MCrAIY 粉末，粒度为15~45μm，用于金属粘接层的制备；第2种为Praxair公司生产的AI-1075型的YSZ粉末，粒度为45~106μm（图1a），用于面层的制备；另外3种为自制的粒度为45~106μm的团聚型复合粉未（图1b)），也用于面层的制备：自制粉未的原材料包含上海水田材料科技有限公司生产的平均粒径为3μm左右的YSZ微粉（图1c)和自主制备的平均粒径为25μm左右的包覆型聚苯酯粉末（图1d) 聚苯酯粉末的初始粒径为20um左右，为了防止它在等离子焰流烧损，利用溶胶凝胶法在其表面覆盖一层TiO：自制粉末中包覆型聚苯酯的质量含量分别为10%，30%和50%，
采用Praxair公司生产的3710型等离子喷涂设备在Ni718合金表面制备涂层.文中涂层为双层结构，底层为MCrAIY金属层，面层为分别利用4种不同类型粉末制备的陶瓷涂层，陶瓷涂层起到了耐高温的作用，金属层起到了粘接陶瓷层和金属基体的作用．等离子喷涂陶瓷面层和金属粘接层的参数如表1所示，为了进行对比分析，4种不同类型的陶瓷面层采用同一种参数进行喷涂，通过控制喷涂过程中的循环次数控制涂层厚度，喷涂后金属粘接底层的厚度约为50μm，陶瓷面层厚度约为200μm