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【热喷涂与冷喷涂技术】《表面技术》——“热喷涂与冷喷涂技术”栏目文章推荐(一)

为有效预测等离子喷涂热障涂层冷却过程中累积的残余应力,降低残余应力对涂层稳定性的影响,本文利用有限元分析软件建立了等离子喷涂ZrO2涂层的有限元模型,高斯热源模拟等离子喷涂热源工况,研究涂层冷却至室温的残余应力及其分布,检测了涂层的残余应力,发现使用有限元能有效模拟等离子喷涂至室温时涂层内部残余应力,与XRD拉曼光谱检测结果具有良好的匹配性,涂层冷却至室温存在180 MPa左右的残余应力,严重影响涂层的稳定性。
关键词:残余应力;有限元模拟;热障涂层;生死单元法;高斯热源;X射线衍射;拉曼光谱

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论文配图
涂层截面应力分布曲线
涂层XRD衍射图
拉曼光谱拟合图

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结论

1)计算机模拟单层通道等离子喷涂ZrO2涂层,冷却后其内部的残余应力主要集中在热流中心区域,涂层内部最大的内应力为径向拉应力,涂层的等效应力为160~220 MPa的残余拉应力。

2)使用X射线衍射仪检测喷涂冷却后的涂层,试验表明,喷涂涂层残余应力为180~185 MPa拉应力,在计算机模拟结果范围之内,且试样在拉伸试验后涂层应力得到一定程度的释放。

3)通过拉曼光谱法标定该涂层的拉曼-应力因子Πu=8.33 (cm·GPa)‒1,涂层应力为174~180 MPa拉应力,与计算机模拟结果以及XRD检测结果具有良好的匹配性。


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引文格式
李建坤, 罗军明, 苏宇航, 等. 等离子喷涂热障陶瓷涂层冷却累计残余应力的有限元模拟与验证[J]. 表面技术, 2023, 52(2): 385-394.
LI Jian-kun, LUO Jun-ming, SU Yu-hang, et al. Finite Element Simulation and Verification of Accumulated Cooling Residual Stress in Plasma-sprayed Thermal Barrier Ceramic Coatings[J]. Surface Technology, 2023, 52(2): 385-394.



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团聚粉末粒度对PS-PVD制备GYbZ热障涂层的性能影响.pdf
为探究不同粒度的微米级团聚粉末等离子喷涂物理气相沉PS-PVD)制备GYbZ热障涂层性能的影响,本文分析了在镍基高温合金表面制备的3GYbZ热障涂层(不同粒径团聚粉末)的微观结构及相组成,测试了涂层的结合强度和抗热震性,发现团聚粉末粒度越小,粉末球形度越低,孔隙率越大,喷涂的气化率越高。同时,涂层中未熔粒子越少,涂层羽柱状结构越明显,制备出相应涂层的力学性能抗热震性能有着明显的提高,当D50=13 μm,制备的涂层具有完整的羽毛柱状结构,且拥有最高的结合强度及最好的抗热震性能。
关键词:粉末粒径;等离子喷涂物理气相沉积;GYbZ;热障涂层

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论文配图

3种不同粒径粉末所制备涂层形貌

原始粉末、喷涂态粉末及喷涂态涂层XRD图谱

磨损量和摩擦因数随摩擦次数的变化曲线

涂层结合强度对比

不同涂层热震后的宏观形貌


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结论

1)随着团聚粉末粒度的减小,团聚粉末的球形度逐渐变低,粉末流动性也随之变差。同时,团聚粉末内部的孔隙率变大,#400粉末内部均匀致密,#1400粉末内部相对疏松多孔。

2)团聚粉末的粒度越小,其在等离子焰流中的气化率越高。#400涂层形成的柱状晶结构不明显,说明团聚粉末在等离子焰流中未气化完全,而是以液滴和未熔粒子的形式互相堆积而形成涂层。#1400涂层与#800涂层均以气相沉积为主,涂层呈典型的羽毛柱状结构,且#1400涂层中的未熔粒子较#800涂层明显减少,气化率达到最高。但#1400涂层由于其粉末粒度过小,以及流动性较差,送粉的过程中部分粉末未能顺利地通过喷嘴到达等离子焰流的中心,涂层的沉积率会略微降低。

3)随着团聚粉末粒度的减小,制备出相应涂层的力学性能和抗热震性能有着明显的提高。#400涂层的平均结合强度为23 MPa,水淬60次后,涂层表面就出现较大的裂纹,涂层所表现出的结合强度与抗热震性能都为最差。由于柱状晶间隙的存在提供了热应力释放的通道,#1400涂层在经历200遍水淬后,涂层边缘才出现部分剥落及部分裂纹,#1400涂层具备了最优的抗热震性能,#800涂层次之。此外,#1400涂层的结合强度明显高于#400#800涂层,这说明气化率的提升能使GYbZ涂层与YSZ涂层更好地结合。


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引文格式


杨朔,毛杰,邓子谦,.团聚粉末粒度对PS-PVD 制备GYbZ 热障涂层的性能影响[J].表面技术, 2023, 52(2): 395-403.

YANG Shuo, MAO Jie, DENG Zi-qian, et al. Effects of Agglomerated Powder Particle Size on Performance of GYbZ Thermal Barrier Coating Prepared by PS-PVD[J]. Surface Technology, 2023, 52(2): 395-403.

                                                                                                                                                                                                              -------------------本文摘抄“表面处理”

编辑 | 邓李旸
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