熱障塗層的研究始于20世紀40年代,在航空、航天、車(chē)輛、船舶等領域黑件有着廣泛的應用。所謂熱障塗層,是指由金屬黏結層(如(rú)NiCrCoal報線y)和(hé)高熔點陶瓷(如(rú)Y2部分穩定的zr2)表面層組成的熱就塗層系統,作用于發動(dòng)機熱端部件草厭可(kě)起到良好的隔熱作用。以航空發動(dò嗎鄉ng)機為例,随着其向高流量比、高推重比等更林中高性能方向發展,在發動(dòng)機熱端部件表面制備熱障塗層已成為保證發動有都(dòng)機使用安全性和(hé)可(kě)靠性的關(guān)鍵因素妹內。
熱障塗層的制備方法很多,主要有等離(lí)子(zǐ)噴塗法、氣你懂相沉積法(cVD、PνD或PCVD法)、高溫自蔓老訊延合成法、粒子(zǐ)排列法、粉未冶金法和(hé)拍照離(lí)心鑄造法等。而在制備熱障塗層方面,等離(lí)路醫子(zǐ)噴塗法具有明顯的優勢。如(rú)圖1-這來1所示,等離(lí)子(zǐ)噴塗法利用噴槍産生的直流電弧對北加熱工作氣體(氩氣(A)、氦氣(He)等或其混合氣體書業),通(tōng)過離(lí)化和(hé)複合反應獲機雜得超高溫(通(tōng)常在10000C以上)和(hé)高速等離(l行又í)子(zǐ)射流熔化由載氣送入的陶瓷、金屬粉體材料,并最腦他終使之與基體碰撞形成塗層。此外,等離(lí)子相笑(zǐ)噴塗法還具有零件無變形、塗層種類多、工藝穩定聽喝、零件尺寸不受限制及塗層質量髙等諸多優點,是目前制備熱障塗層最實用的一種途徑線制。
采用等離(lí)子(zǐ)噴塗法制備熱障塗層,所涉及的物理和(h黃雨é)化學過程十分複雜,其中(zhōng)包括街兵等離(lí)子(zǐ)射流的生成,射流與噴塗顆粒之間北我的傳熱、傳質及動(dòng)量傳遞,顆粒與基體的相互作用,以及熱作分障塗層的形成等,使得理論研究工作長時間滞後于技醫去術(shù)應用的發展,許多噴塗現象的實質仍有待深入探工公索。所以長期以來,工程師(shī)們一直都是憑經驗和(hé)區這直覺甚至反複試驗去加工,以獲得所期望的熱障塗層,這樣往往費工費錢。随着筆海計算機軟、硬件技術(shù)的發展,利用數值模拟是車的方法進行虛拟加工,以尋求更優的工藝方案,不僅可(kě)以提高産品加工質量,公懂而且可(kě)以縮短(duǎn)研制周期,降低成本。
不僅如(rú)此,熱障塗層的服役環境極度惡劣,通(tōng)吃日常要承受熱沖擊高溫氧化、熱腐蝕等多種侵害,加之塗層本身為多層結構頻物,不同層之間的材料性能不同,使熱障塗層在實際服役過程中(zhō區河ng)承受着複雜的應力場作用,最終導緻熱障塗層易過早剝落失效。通(tōn議鄉g)過數值模拟方法對塗層的關(guān)鍵熱物理性能、力學性能及服役壽命討市等進行有效預測,揭示其失效機理,确定其主照地控因素,進而改進塗層制備工藝,具有十分重要的工程指導價值。
