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热障涂层用氧化锆空心球形粉末

刘淑艳  
【摘要】: 航空发动机等机器零部件正在向高性能、长寿命、低成本的目标发展,热障涂层是实现这一目标较为理想的技术之一。氧化锆具有低的热导率和与高温合金相近的热膨胀系数,是在高温下使用的理想的热障涂层材料。为喷制这种涂层,对喷涂粉末的要求很高,要求化学组分均匀,相组成均匀,流动性好,颗粒粒度适中。受传统制粉工艺技术(电熔或烧结加破碎等)的局限,氧化锆喷涂粉末性能已难有大的提高。特此研究用喷雾干燥与高温球化工艺制备的空心球形氧化锆粉末的各种特性。它综合了团聚雾化近球形粉流动性好和破碎型粉末预合金化好等的多重优点。 本文对采用喷雾造粒和高温球化工艺制备的空心球形氧化锆(YSZ-1型)喷涂粉末的性能进行了研究:借助金相显微镜,扫描电镜等实验方法重点研究了氧化锆空心球形粉末的颗粒形貌、流动性、粒度分布、涂层与基体结合强度等,并进一步研究了在产品标准规定的范围内氧化锆空心球形粉末的粒度分布对流动性的影响;并和其他制备工艺的粉末进行了性能对比。得出了以下几个结论: 1)用本文研制的氧化锆粉末为空心球形,粉末球化率及空心度高,空心度可达83.2%,主要性能达到美国METCO公司同类产品水平,粒度分布较合理,松装比重及流动性好,平均粉末松装比重2.27克/厘米~3,平均流动性69秒/50克,热导率低等优良特性,是理想的热障涂层材料。 2)本文研制的氧化锆空心球形粉末形成的涂层与基体结合强度高,涂层抗热震性强(涂层经热循环250次无脱落),隔热性能良好。 3)选定区间中,粒度区间为50~63微米的氧化锆空心球形粉末的流速为60秒/50克,流动性较好。 4)选定粒度配比方案中,63~75微米占10%、50~63微米占45%、11~50微米占45%的质量百分含量配比的氧化锆空心球形粉末流动性最好,流速为79s/50g。 5)50微米以下氧化锆超细粉对整体粉末材料流动性影向很大。在所述配比方案中,在流动性最好的配比粉末中,加入1%的氧化锆超细粉末,基本上不影响粉末的流动性,流速为79秒/50克,加入2%的氧化锆超细粉末,流速降为99秒/50克,流速明显减慢;加入4%的氧化锆超细粉末后,流动性出现了明显的间断现象;加入6%的氧化锆超细粉末后,基本上无法自然流动。


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