等离子喷涂多孔氧化锆涂层的制备及热稳定性

摘要

针对航空燃气轮机压气机叶片在高温服役环境下因热应力导致的耐久性与可靠性问题，探究不同孔隙率对等离子喷涂多孔氧化锆涂层隔热性能与热稳定性的影响。以聚酯为造孔剂，与ZrO₂粉末按10∶90、15∶85的质量比混合，采用等离子喷涂技术在304不锈钢基体上制备纯ZrO₂涂层、10P-ZrO₂涂层及15P-ZrO₂涂层，经450℃热处理后，通过高温氧化、热震及隔热性能测试，结合SEM、EDS、XRD、导热系数仪等进行表征。结果表明，三种涂层孔隙率依次为6.5%、25.1%和35.0%,喷涂态均以非平衡四方相（t′-ZrO₂）为主相；900℃氧化6 h后，纯ZrO₂涂层因热应力失效，多孔涂层结构完整；热循环寿命方面，纯ZrO₂涂层仅2次，15P-ZrO₂涂层达41次；热导率依次为1.258、0.122、0.082 W/（m·K）,15P-ZrO₂涂层隔热性能最优。在等离子喷涂多孔氧化锆涂层中，聚酯含量与涂层孔隙率呈正相关，多孔结构可显著降低热导率、缓解热应力。15P-ZrO₂涂层（孔隙率35%）兼具最优抗高温氧化性、最长热循环寿命与最佳隔热性能，可为高温部件热防护涂层设计与应用提供参考。

关键词

大气等离子喷涂 / 多孔氧化锆涂层 / 热稳定性 / 隔热性能