热喷涂及电子束物理气相沉积技术在热障涂层制备中的应用*张红松,耿国强,杜可可,张政(河南工程学院机械工程系,郑州450007)摘要对常用热障涂层制备技术,包括火焰喷涂、爆炸喷涂、大气等离子喷涂、高能等离子喷涂、超音速等离子喷涂、低压等离子喷涂、溶液注入等离子喷涂及电子束物理气相沉积技术进行了综述。介绍了上述几种制备技术的原理、工艺特点、存在不足及解决措施。认为发展爆炸喷涂工艺、溶液注入等离子喷涂工艺与EB2PVD工艺及其在新型热障涂层制备中的应用将是热障涂层制备技术研究的重点。关键词热障涂层火焰喷涂爆炸喷涂等离子喷涂中图分类号:TG174.4文献标识码:AApplicationofThermal2sprayingandElectronBeamPhysicalVaporDepositionTechnologiesonPreparationofThermalBarrierCoatingsZHANGHongsong,GENGGuoqiang,DUKeke,ZHANGZheng(DepartmentofMechanicalEngineering,HenanInstituteofEngineering,Zhengzhou450007)AbstractAfewpreparationtechnologiesofthermalbarriercoatings,includingflamespraying,detonationspraying,atmosphericplasmaspraying,plazjetplasmaspraying,supersonicplasmaspraying,lowpressureplasmaspraying,solutionprecursorplasmasprayingaswellaselectronbeamphysicalvapordepositiontechnologyaresum2marizedrespectively.Theprinciples,technicalcharacteristics,existingshortagesandthecorrespondingresolvingmethodsofeachtechnologyareintroduced.Itisindicatedthatthedevelopmentofdetonationspraying,solutionpre2cursorplasmaspraying,electronbeamphysicalvapordepositionaswellastheirapplicationsforpreparationofnovelthermalbarriercoatingsshouldberegardedtheresearchemphasisinthefuture.Keywordsthermalbarriercoatings,flamespraying,detonationspraying,plasmaspraying*河南工程学院博士基金(D2007012)张红松:1976年生,博士,讲师,主要从事热障涂层技术的研究E2mail:zhs761128@163.com热障涂层(Thermalbarriercoatings,TBCs)是通过特殊的工艺将具有良好隔热性能的陶瓷材料涂到航空发动机的关键热端部件表面得到的一层保护层,厚度一般不超过0.5mm[1]。该类涂层虽然很薄,却能有效避免航空涡轮发动机热端关键部件与高温燃气的直接接触,从而为发动机热端部件提供有效保护。由于其优良的性能,热障涂层在航空发动机技术几十年来的发展中获得了广泛应用[2]。其中涂层制备方法及工艺的研究一直是广大学者关注的焦点。近几年来,随着航空发动机向高流量比、高涡轮进口温度和高推重比方向的发展,发动机燃气温度进一步提高,使得热障涂层技术显得更加重要,有关涂层制备方法的研究在国内外更加活跃[3,4]。热喷涂及电子束物理气相沉积技术作为热障涂层常用的2种制备技术,历来备受关注,本文就热障涂层制备所用到的热喷涂方法及电子束物理气相沉积技术进行了综述,并就将来涂层制备技术的发展方向进行了探讨。1火焰喷涂1.1沉积原理火焰热喷涂包括粉末火焰喷涂和丝材火焰喷涂,在制备热障涂层研究中多以粉末喷涂为主。喷涂中通常使用乙炔和氧组合提供热量,也可以使用甲基乙炔、丙二炔(MPS)、丙烷、氢气或天然气。喷枪通过气阀引入乙炔和氧气,二者混合后在喷嘴处产生燃烧火焰。喷枪上设有粉斗或进粉管,利用送粉气流产生的负压抽吸粉末,使粉末随气流进入火焰,在火焰中被加热熔化或软化后,在气流和焰流的作用下喷射到基材表面形成涂层。1.2工艺特点及存在不足火焰喷涂可喷涂金属、陶瓷、塑料等材料,应用非常灵活,喷涂设备轻便简单,价格低于其他喷涂设备,经济性好,是目前喷涂技术中使用较广泛的一种方法。但火焰喷涂也存在明显的不足,如火焰温度低,熔点超过2500e的材料很难用火焰进行喷涂。另外,进入火焰及随后飞行中的粉末,由于处在火焰中的位置不同,被加热的程度存在很大的差别,导致部分粉末未熔融、部分粉末仅被软化,从而造成涂层的结合强度及致密性比较低。此外,火焰中心为氧化性气氛,会加剧金属粉末的氧化程度[5]。陈文华等采用火焰喷涂技术制备了Al2O3/Fe功能梯度热障涂层、普通纯Al2O3热障涂层和带过渡层(Cu)的热障涂层,结果表明,涂层的...
