等离子及超音速火焰喷涂NiCoCrAlY涂层的抗氧化性能研究

郭文勇　范薇　唐健江　李红强

【摘 要】本研究分别采用大气等离子喷涂（APS）和超音速火焰喷涂（HVOF）两种技术在高温合金表面制备NiCoCrAlY涂层，对比分析涂层的相成分、结构与抗氧化性能。结果表明：两种工艺喷涂态涂层均由γ/ γ和β-NiAl相组成。1100 ℃氧化0.5 h后，APS涂层表面形成了不连续的热生长氧化物（TGOs），而HVOF涂层形成了连续、致密的TGOs。随着氧化时间增加，HVOF涂层表面的物相以Al2O3为主，而APS涂层表面则以尖晶石相为主。HVOF涂层的氧化增重小于APS涂层，表现出更为优异的抗氧化性能。

【关键词】等离子喷涂；超音速火焰喷涂；粘结层；抗氧化性能

中图分类号： TG174 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）17-0038-002

Investigation of the Oxidation Resistance of Atmospheric Plasma Sprayed and High Velocity Oxygen Fuel Sprayed NiCoCrAlY Coating

GUO Wen-yong1 FAN Wei2 TANG Jian-jiang3 LI Hong-qiang2

（1.Xian Shaangu Power Co.， Ltd.， Xian 710611， China；

2.State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials， Xian Jiaotong University， Xian 710049， China；3.School of Materials Engineering， Xian Aeronautical University， Xian 710077）

【Abstract】In this study， atmospheric plasma spraying （APS） and high velocity oxygen fuel （HVOF） technique were employed to deposit NiCoCrAlY coatings on the surface of superalloy. The phase composition， morphology and oxidation resistance of coatings were comparatively investigated. The results suggested that both of as-sprayed coatings consisted of γ/ γ and β-NiAl. After oxidation at 1100℃ for 0.5 h， some discontinuous thermally grown oxides （TGOs） formed on the surface of APS-coating， while continuous and dense TGOs formed on HVOF-coating. With the increase of oxidation time， the TGOs in HVOF-coating mainly contained Al2O3， while spinel was observed in APS-coating. The weight gain of HVOF-coating was lower than that of APS-coating， indicating that the oxidation resistance of the former was superior to the latter.

【Key words】High velocity oxygen fuel； Atmospheric plasma spraying； Bond Coat； Oxidation resistance

0 前言

热障涂层（TBCs）是航空发动机和燃气轮机热端部件的关键防护涂层，主要由陶瓷层、热生长氧化物层、粘结层及合金基体组成[1]。其粘接层通常由MCrAlY（M主要为金属Co、Ni或其混合组分）组成，它不仅可降低基体与陶瓷层之间的热失配，而且还可以提高TBCs的抗氧化和抗热蚀性[2]。MCrAlY的保护作用依赖于它在高温下生成一层连续的、生长缓慢的热生长氧化物（TGOs），连续、致密的TGOs可以阻止高温下氧元素和合金元素的进一步扩散，从而提高TBCs的热稳定性。

目前，MCrAlY涂层的常见制备工艺有真空等离子喷涂（VPS）或低压等离子喷涂（LPPS）、超音速火焰喷涂（HVOF）、冷气动力喷涂（CGDS）、以及大气等离子喷涂（APS）等。LPPS和VPS是在普通大气等离子喷涂的基础上发展起来的，可以有效避免金属粉末粒子的氧化，但涂层制备成本相对较高[3-4]。HVOF的优点是粉末粒子在射流中的飞行速度高，可以达到APS的数倍。……