第11卷第1期 2011年2月
过程工程学报
The Chinese Jourmal of Process Engineering
热处理工艺对纳米氧化粉体微观结构与涂层性能的影响
姚星合，朱永平，张伟刚”
(1.中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室，北京100190；2.中国科学院研究生院，北京100049)
Vol.11 No.1 Feb. 2011
8）0% 喷涂涂层微观组织结构的影响。结果表明，由等离子炬处理后的8YSZ颗粒制备的等离子喷涂涂层的结合强度最高，平均为25MPa，抗热震性能最好，1200℃恒温5min，水冷、热循环达41次；而采用等离子流场处理的颗粒所制涂层结合强度最差，平均为11MPa，热震时涂层易开裂，热循环次数为17次；高温搬烧的颗粒所制涂层性能依赖于焕烧温度和时间，其中1200℃下嫩烧2h的颗粒所制涂层力学性能最优，平均结合强度为21MPa，热循环次数为38次。关键词：氧化钇稳定氧化错：粉末热处理方法；等高子喷涂；热障涂层：涂层性能
中图分类号：TG174.442 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009-606X(2011)01-012407
YO1.5-ZrOz都属M相，4%~5%YO15-ZrOz不是纯相而
热障涂层(ThermalBarrierCoating，TBCs)一般用于 1000℃以上的高温工作环境，以降低传入基体材料的热量、提高基材的使用温度.采用热障涂层保护涡轮发动机热端部件已有几十年的历史，目前已发展成为现代航空航天领域重要的热功能材料112].TBCs的主要作用有：(1)可在保持金属基体温度不变的同时提高燃气进口温度，提高发动机的效率和性能：(2)可在保持燃气温度不变的同时降低金属基体温度，提高热端部件寿命和发动机可靠性(3，目前应用最多的热障涂层材料是氧化亿稳定的氧化锆[ZrOz-8%(mol)Y2O，8YSZ]，尽管8YSZ材料存在高温相变和具有极限使用温度等缺点，但由于其导热系数低、热胀系数高及优良的力学性能，迄今为止仍然没有一个单一材料的综合性能超过它，因而在 TBCs体系中被广泛应用(4-1)
最早有关Y,Oy-ZrO2(Yttria StabilizedZirconia
后就有大量文献(9)Jung等(10]用ZrCL水溶液和氨水共沉淀方法合成Zr(OH)4沉淀，然后用水热法处理，研究了压强对沉淀的表面积、晶粒生长和相变的影响.Zener) 最早解释了添加物对晶粒体积的影响.Wigren等(12i认为喷雾干燥的粉未所制涂层的热循环寿命比沉淀、烧结/ 破碎及空心球形粉末制备的涂层寿命长.但并非所有喷募干燥粉末都适合等离子喷涂，粉末粒径、粒径分布和密度对涂层质量有很大影响.Scott(13)通过电弧熔融然后率火的方法制备了一系列不同Y2O;含量的Y2O-ZrO2 并研究了其相组成，从纯ZrOz到3%(mol，下同)
是M相与T相的混合物，6%~11%YO1.5-ZrO2属T相，而12%~13%YO15-ZrO可能是C相、T相或两者的混合，13%以上YO1.s都属C相.Suresh等14用高温差热扫描方法研究了YSZ的晶粒尺寸与T-→M间的相变关系，发现T-→M的相变温度与晶粒尺寸成反比.Choi等[15]用多种方法研究了等离子喷涂涂层的力学性能，建立了 8YSZ涂层力学性能数据库.Chang等l6]用有限元方法模拟了粘结层粗糙表面的应力及界面处的裂纹产生和扩展，Nissleyl17)利用该模型预测了涂层的寿命.Trice等[18]和Aiperine等[19]分别利用XRD和TEM研究了不同温度熳烧的7~8YSZ涂层的相组成、结晶状态、结构及热导率变化的相互关系。国内外研究工作主要集中在粉体制备、涂层制备、涂层性能等方面，而粉体的热处理工艺对涂层性能的影响还未见报道，由于8YSZ粉体结构对涂层微观结构和涂层性能的影响至关重要，因此开展这方面的研究十分必要，
本工作主要研究了采用高温熳烧、等离子炬球化和等离子流场球化3种不同热处理工艺制备的8YSZ粉末的特性，并采用大气等离子喷涂工艺在相同的喷涂工艺条件下制备出对应的热障涂层，运用扫描电子显微镜和 XRD观察粉体及涂层的显微结构和组成，分析了涂层的结合强度和抗热冲击性能，通过对粉末与涂层性能的分析，探讨粉末特性与涂层性能之间的关系
2实验 2.1材料与试剂
氧氯化锆(ZrOCI-8H,O)，分析纯(浙江升华拜克生物
收稿日期：2010-11-19，修图日期：2011-0111
作著简介：姚量合(1985-)，女，黑龙江省佳本斯市人，硕士研究生，研究方向：热喷涂材料与涂层；宋水平，通讯联系人，Tel:82544922,E-mail：
ypzhu@home.ipe.ac.cm 万方数据