气膜孔防堵塞方法研究

燃气轮机高温部件的气膜冷却是保障发动机安全运行的重要途径.在等离子喷涂过程中,涂层沉积会堵塞气膜孔,降低冷却效果.气膜孔的边缘是涂层应力最集中的地方,也是涂层脱落的发源地.金属黏结层材料NiCrAlY熔点低、延展性好,首先在孔边缘沉积,向孔中心收缩,形成喉部,是堵孔的主要来源;陶瓷涂层材料YSZ熔点高、延展性差,对堵孔的贡献相对较小.为了降低涂层沉积对气膜孔的堵塞作用,该文研究了3种方法:(1)向气膜孔内部注入防粘胶,涂层制备结束后再将防粘胶清理出来;(2)在制备涂层的过程中,从基体背部向气膜孔内通入压缩空气,阻止涂层在气膜孔边缘沉积;(3)制备涂层后,用机械通孔的方法清理气膜孔边缘的涂层.这3种方法都能有效地降低涂层对气膜孔的堵孔率,但对涂层热循环寿命的影响有明显差异.气膜孔内通入适当流量的冷却气,有效降低了涂层在气膜孔边缘的沉积,提高了涂层的热循环寿命.机械通孔的方法使气膜孔边缘的涂层产生裂纹,涂层的热循环寿命明显降低.

气膜孔冷却气流量对等离子喷涂涂层堵孔率及YSZ涂层性能的影响

在等离子喷涂制备涂层的过程中,涂层对气膜孔造成堵塞,影响冷却效果和热障涂层的寿命。通过向带气孔的高温合金基体的背部通入压缩空气,来降低涂层对气膜孔的堵塞作用。采用扫描电镜和X射线衍射对气膜孔的堵塞率和气膜孔周围YSZ涂层的相组成进行了分析,同时研究了气膜孔冷却气流量对涂层热循环寿命的影响。结果表明:随着气膜孔冷却气流量的增加,气膜孔堵塞率明显降低,涂层孔隙率、t′相以及热循环寿命逐渐增加。然而,当气膜孔冷却气流量过大时(≥8.0m3·h^-1),涂层的热震寿命降低。气膜孔冷却气流量为6.5 m3·h^-1,可制备出t′相含量高、孔隙率较大、堵孔率较低和热循环寿命长的涂层。

超音速火焰喷涂含铝或锌中间层的YSZ热障涂层

在镁合金基底表面直接制备热障涂层,涂层的耐蚀性较差。采用超音速火焰喷涂法在镁合金基底和热障涂层之间分别制备了Al涂层和Zn涂层。通过XRD,SEM和EDS对涂层进行物相、微观结构和点扫描元素分析,采用电化学工作站对Al涂层试样和Zn涂层试样进行耐腐蚀性分析,同时研究了含Al中间层和含Zn中间层的热障涂层的抗热震性能。结果表明:Al涂层表面粗糙度(10.237±0.527μm)大于Zn涂层表面粗糙度(7.171±0.488μm),且喷涂过程中仅有轻微氧化。Al涂层试样的耐腐蚀性优于Zn涂层试样。含Zn中间层的热障涂层具有更好的抗热震性能。