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等离子喷涂-物理气相沉积射流中粒子状态和分布

时间:2017-09-20 23:47:12  来源:AG现金网热喷涂网整理  作者:邓子谦,刘 敏,毛杰,邓春明,马景涛,陈志坤

    等离子喷涂-物理气相沉积(Plasmaspray-physicalvapordeposition,PS-PVD)20世纪末开发出来的一种新型涂层制备技术,融合了APSEB-PVD的优点,可实现粉末粒子气、固、液沉积,从而达到涂层结构的设计与调控。PS-PVD可制备隔热性能好、抗热震性好的热障涂层,此外,还具有沉积效率高和非视线性沉积等优点,故该技术已成为制备未来先进发动机热障涂层的最有前景技术之一。

    目前,PS-PVD的研究发展十分迅速,国外针对涡轮发动机热端部件的热障涂层应用研究已经进入工程化阶段。但仍有众多的实际问题需要解决。譬如,PS-PVD设计者最初希望通过高功率、高工作气体流量和低环境压力实现粉末材料完全气化,达到与物理气相沉积(PVD)相似的效果,但多数情况下,粉末的气化并不充分,所以PS-PVD宽大的等离子射流中分布着各种粒子(如气相粒子、熔融粒子、部分熔融颗粒等等),这些粒子在射流中的状态和分布导致了涂层结构的差异,也对涂层性能造成了不可预知的影响。

    文中通过PS-PVD沉积7YSZ涂层分步沉积实验、径向和轴向的涂层结构分布试验,探讨了涂层中各种粒子的种类、形成原因、射流中的粒子分布及对涂层结构的影响。

结论

    通过分步沉积试验、轴向和径向分布试验,证实PS-PVD是一种以气相沉积为主、多相混合沉积的涂层制备方法,同时探讨了涂层中各种粒子种类、成因及其对涂层结构的影响和各种粒子沉积前在射流中的分布,建立了PS-PVD涂层典型结构模型和粒子射流分布模型:

    (1)涂层中存在的大颗粒(一般几微米)是粉末气化不充分的产物;小粒子(大多数是纳米级)是气化不充分的残留或气相沉积于基体前再凝固形成的。

    (2)不同颗粒对涂层结构的形成发挥不同作用。气相沉积是柱状晶形成的主要原因;气相再凝固或气化不充分残留的小粒子对涂层的影响是一个累积的过程;熔融及部分熔融大粒子可以直接影响涂层结构,当大粒子比例较高时,涂层会偏离柱状结构。

    (3)不同径向和轴向涂层的结构存在差异。在射流中心沉积的涂层,由分支众多的柱状结构组成,主要气相沉积而成;射流边缘沉积的涂层,涂层无明显的柱状结构特征,完全由不同颗粒构成;两者之间的中间区域,涂层柱状结构之间及内部混杂许多颗粒。当喷距(小于或等于)350mm时,涂层是致密结构;当超过650mm,涂层是典型的柱状结构,涂层结构差异较小。

 


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