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中文翻译陶瓷厚度对铝合金等离子喷涂热障涂层残余应力的和粘结强度的影响摘要:NiCoCrAlY/8wt%–Y2O3涂层是铝合金等离子喷涂用来研究陶瓷厚度对残余应力和结合强度影响。提出了一种新的基于Stoney方程和基体去除技术的应力计算方法。在粘结层的应力和陶瓷的研究中,随着陶瓷厚度的增加,这两层中的残余应力进行压缩然后拉伸。当陶瓷薄时,基板较大热的膨胀系数为残余应力的形成发挥了重要作用。然而,陶瓷涂层变厚时,内在的沉积应力占优势。接合强度降低,并且断裂面的朝陶瓷表面移动。所述表面的移动,主要是起因于应力梯度的变化和陶瓷界面附近高孔带较弱。1、引言热障涂层通常应用于制造飞机和电站涡轮发动机的镍基高温合金,提高发动机的效率通常要求更高的入口燃料气体温度。因此,有必要发展不超过金属熔化温度的高温合金的技术。传统的TBC系统由金属粘合涂层(MCrAlYX中,M=镍/钴,X=硅,铪,钽)和8YSZ的陶瓷面漆(氧化锆稳定化的具有8%(重量)32OY)组成热障涂层通常是通过电子束物理气相沉积或相对低成本的等离子喷涂制备。在热喷涂层-基板体系的制备过程中,残余应力的产生可能是由于在基体和涂层之间的热膨胀失配,喷涂层的快速收缩和可能的相变。此外,残余应力可能对涂料的机械性能有强烈影响,如抗剥落、疲劳寿命和粘接强度。随着铝合金的应用,轿车发动机缸体可减少高达50%的重量,也有对热障涂层在柴油机高隔热部件上的类似应用研究,尤其是对活塞和缸盖表面。TBC系统还可以提高铝合金的耐磨性和耐腐蚀性,特别是在更高的温度。不幸的是,铝合金的热膨胀系数(CTE)比陶瓷和高温合金高很多。此外,在发动机中逐渐使用较厚的陶瓷涂层(>500微米),以获得更好的较低温度的热绝缘基体。因此,铝合金涂层内部的残余应力与在高温合金中完全不同。在一些关于陶瓷涂层参数的报告中,如厚度和孔隙率,可以很明显的影响它的机械性能。因此,研究残余应力及其与加工条件的变化是必要的,以实现涂层在实际应用中的优化。在这项研究中,陶瓷涂层沉积在不同厚度的铝合金中,而粘结涂层的厚度保持不变,提出了在粘结层和陶瓷的残余应力的计算方法。对残余应力的形成和分布受铝合金和陶瓷层厚度的影响进行了研究,对残余应力和粘结强度之间的关系进行了讨论。2、、材料和涂层的沉积铝合金5A06(按照GB/T3190-2008)用作基材,8YSZ的粉末204NS是从苏尔寿美科购买的,粉末NiCoCrAlY是从北京矿冶研究总院购买。粘结涂层和基板的组合物与以往研究相同。基材和涂层的一些热物理性质列于表1。表1双面涂层沉积在具有尺寸为50×40×6mm3(厚度6mm)的基板进行制备样品的残余应力测试。圆盘状基板(直径为12毫米,厚度为6毫米)被用来测试沉积涂层的结合强度。基板用30目金刚砂喷砂来除去氧化膜,使沉积前粗糙。粘结涂层(NiCoCrAly,厚度约100微米)和陶瓷面漆(8YSZ)通过使用喷雾单元大气等离子喷涂(F4喷枪,苏尔寿美科)用Ar-2H作为载气沉积。标称厚度分别为100微米,250微米,500微米,750微米和1000微米的陶瓷面漆。此外,单层粘结涂层和100微米厚的陶瓷都直接沉积在基板上,来进行残余应力计算。喷涂参数列于表2中。对于在沉积期间施加于基板上的涂覆,除了在自然空气的室温下冷却没有别的技术。为了冷却基板,该喷涂过程中每沉积250微米的陶瓷后暂停5分钟。在基板最高温度为330C°时的沉积过程中,该过程是通过一个基板背面为K型钻孔的热电偶。。测试方法陶瓷的实际厚度是由一个电磁测量厚度计(MINITEST600,ElektroPhysik)测量10次。用手持仪(TR200,时代集团公司)测定它们沉积涂层的表面粗糙度30次。用金相显微镜(u-remps2,奥林巴斯)测定陶瓷涂层的孔隙率。环境扫描电子显微镜(SEM,XL-30FEG,FEI)用于组织评价。维氏硬度测量(fm-700,未来科技)是对涂层基体抛光截面进行测量。陶瓷和粘结层的压痕负载为100克,将50g在陶瓷粘结涂层界面,25克在基体上,停留时间为15秒。为了获得更可靠的值,对于每一个结果进行10测试。为了提高结果的准确性,选平滑区域进行测试,模糊的界限忽略不计。残余应力是根据以化学底物去除为方法的无支撑涂层变形来计算的。当条件满足方程时,基于基板涂层系统的经典斯托尼方程曲率评价,也被应用于作为这一方法的补充。将样品通过一个低速锯(ISOMET,Beuhler)切成尺寸约为50×3×6立方毫米的长条带,然后双面涂层在几分钟之内从该热浓NaOH溶液基体通过剥离。此外,该层的NiCoCrAly几乎在几小时内就可以溶解在盐酸中。表2只有少量不溶粉末(硅,钽,等等)被留在陶瓷,但可以通过超声波脱离。双面涂层剥离的示意图,如图1a所示。自由涂