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等离子喷涂其强度较低、热不乱性低的缺点逐渐显现出来
等离子喷涂MCrAlY涂层作为一种典型的热障涂层(TBC)，已经成功应用于汽轮机叶片、飞机发念头等重要产业设备部件的表面。作为热障涂层，其必需具有较低的热导率、抗热震机能及高温耐氧化机能。跟着产业技术的不断发展，传统MCrAlY涂层作为传统的TBC涂层，已经不能知足一些特殊工况下的使用要求，其强度较低、热不乱性低的缺点逐渐显现出来。
科普知识：等离子喷涂其强度较低、热不乱性低的缺点逐渐显现出来
氧化物陶瓷具有很多优良的化学和物理机能，如硬度高、耐磨性好、高温不乱性和化学不乱性好、热导率低等，已被广泛应用于各类耐磨材料中。将氧化物陶瓷添加到MCrAlY涂层中，可使涂层具有优异的力学机能与抗高温氧化能力。
今天，我们将来看看两种不同的氧化物陶瓷Al2O3和Cr2O3的添加会对MCrAlY涂层的抗高温氧化机能有何影响，及其高温氧化理。
试验采用商用MCrAlY(NiCoCrAlYTa)，Al2O3，Cr2O3粉末，其粒径分布集中在15~45μm，粉末形态
使用机械混合方法，将氧化物陶瓷粉末与MCrAlY粉末进行混合，两种混合粉末中的氧化物陶瓷质量分数均为30％。采用美国普莱克斯公司3710等离子喷涂控制系统及SG-100型等离子喷枪进行大气等离子喷涂试验。选用0Cr25Ni20不锈钢作为大气等离子喷涂的基体材料，喷涂前对基体表面进行喷砂粗化处理。喷涂工艺参数为:喷涂电压40V，喷涂电流500A，送粉速率45g·min-1，喷涂间隔80mm。两种涂层粉末成分。
试验仪器
1.Olympus-BX51M光学显微镜
2.MHV-2000型显微维氏硬度计
3.RJX-8-13箱式电阻炉
4.6510A型扫描电子显微镜及其配套的能谱仪
5.BrukerD8-Advanced型X射线衍射仪
高温氧化试验尺度
参照的是航空尺度HB5258-2000?钢及高温合金的抗氧化性测定试验方法?和国标GB/T13303-1991?钢的抗氧化机能测定方法?，采用的是试样不连续称重法，也称为涂层轮回氧化法。
涂层组织与基本机能
涂层中存在Cr2O3，Ni3Al，Al2O3三种物相。在2θ≈45°四周，涂层的衍射峰有着显著的宽化现象，表明涂层中存在着部门非晶或纳米晶，这说明熔融颗粒在形成涂层的过程中，其冷却速率达到了非晶形成冷却速率，从而形成了非晶态组织。
涂层厚度约为200μm，呈平行于涂层与基体结合面的层状分布，涂层中存在着一些半熔化颗粒、微裂纹和灰玄色氧化物。
C1涂层与C2涂层的孔隙率、显微硬度都相接近，其中C1涂层的孔隙率略低于C2涂层的，C1涂层的显微硬度则略高于C2涂层的，从而证实等离子喷涂涂层孔隙率越低、显微硬度越高的规律。
涂层的氧化动力学曲线
在初始的20h内，各组涂层的氧化动力学曲线均呈快速上升趋势，说明在此时间段内，涂层的表面未形成完整连续的抗氧化膜，其在高温环境中发生了剧烈的氧化反应，产生了较多的氧化产物，因此其质量增加较快。在20~40h这个时间段内，两种涂层的氧化动力学曲线上升趋势均有所减缓，这可能是因为在涂层的表面已经逐渐形成了连续不乱的抗氧化膜，阻止了氧进入涂层的通道，减缓了涂层表面氧化反应的速率。在40h后，涂层的氧化动力学曲线呈现缓慢上升的态势；100h后，C1涂层与C2涂层的氧化质量增加十分接近，达到6mg·cm-2。
采用Matlab软件依据最小二乘法对涂层的质量变化进行拟合，并求出曲线方程，结果如表3所示。700℃时，两种涂层拟合的氧化动力学曲线方程的二次项和一次项系数分别为-2.649×10-4和0.055。
涂层氧化形态和成分
在氧化过程中天生的各种氧化物中，由铝元素氧化天生Al2O3的吉布斯自由能最低，且所需的最低氧分压也最小。这表明，在统一氧化气氛下的各种元素竞争氧化过程中，铝元素具有优先氧化的趋势，涂层表面的Al2O3膜极易形成。
C1涂层表面泛起了较多的白亮絮状物，经能谱分析，其中铬和氧的含量较高，初步判定为Cr2O3；氧化后的C2涂层表面较C1涂层的更为平整，其表面泛起了一些球状氧化物，还泛起了条状裂纹，说明此时的C2涂层已经泛起了结构性的破坏。对C2涂层表面天生的球状氧化物进行能谱分析，发现其含有氧、铝、铬、钴等多种元素，初步判定其为多合金成分的氧化物。
(1)大气等离子喷涂MCrAlY-CrO和MCrAlY-AlO涂层中存在Cr2O3，Ni3Al，Al2O3三种物相，且存在部门非晶相，这是因为熔融颗粒在形成涂层的过程中，其冷却速率达到了非晶形成冷却速率，从而形成了非晶态组织。
(2)涂层结构呈平行于涂层与基体结合面的层状结构，涂层中存在着一些半熔化颗粒、微裂纹和灰玄色氧化物，且这些微裂纹都平行于涂层与基体结合面方向。
(3)MCrAlY-CrO和MCrAlY-AlO涂层在高温氧化初期阶段，其氧化速率较快，后期氧化速率逐渐趋缓。在高温状态下涂层表面分别天生了铬和铝的氧化产物，对涂层起到了保护作用。
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