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真空 ›› 2018, Vol. 55 ›› Issue (5): 46-50.doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2018.05.10

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EB-PVD 制备热障涂层的反射光谱特性研究

常振东,牟仁德,何利民,黄光宏,李建平   

  1. 北京航空材料研究院 中国航空发动机集团航空材料先进腐蚀与防护重点实验室,北京 100095
  • 收稿日期:2018-06-28 出版日期:2018-09-25 发布日期:2018-10-16
  • 作者简介:常振东(1988-),男,山西省晋中市人,硕士,工程师。

Reflectance spectroscopy study on TBCs prepared by EB-PVD

CHANG Zhen-dong, MU Ren-de, HE Li-min, HUANG Guang-hong, LI Jian-ping   

  1. Beijing Institute of Aeronautical Materials Key Laboratory of Advanced Corrosion and Protection for Aviation Materials, Aero Engine Corporation China, Beijing 100095, China
  • Received:2018-06-28 Online:2018-09-25 Published:2018-10-16

摘要: 为了研究航空发动机中涡轮叶片表面的热障涂层对辐射光谱的反射特性,本文使用真空电弧镀法在不锈钢基体上分别制备了 NiCrAlYSi 和 NiCoCrAlYHf 两种热障涂层的粘结层,并随后使用电子束物理气相沉积(EB-PVD)法制备了 ZrO2·Y2O3(YSZ)热障涂层的陶瓷面层,最后利用紫外 - 可见 - 近红外分光光度计测定了常温下热障涂层在 0.3μm~2.5μm 波段的反射率光谱并进行了分析研究。结果表明:金属粘结层和陶瓷面层厚度均相同时,不同的粘结层材料对热障涂层的光谱反射率影响不大,整个波段内 NiCrAlYSi/YSZ 和 NiCoCrAlYHf/YSZ 涂层的光谱反射率接近。当粘结层 NiCrAlYSi 的厚度相同,面层 YSZ 的厚 度 分 别 为 20μm、100μm、170μm 三 种 不 同 厚 度 时 , 热 障 涂 层 的 光 谱 反 射 率 表 现 出 不 同 的 特 性 ,在 0.3μm~0.45μm 波段,厚度为 20μm 的 YSZ 的试样因表面呈蓝紫色反射紫光能力最强,而灰白色的其他两个试样反射紫光能力接近;在 0.45μm~2.5μm 波段,YSZ 涂层厚度与光谱反射率正相关,涂层厚度越厚光谱反射率越高。通过调整电子束物理气相沉积工艺制备了 YSZ 微叠层,与相同厚度的传统柱状晶的 YSZ 相比,YSZ 微叠层的光谱反射率提高了约一倍。

关键词: 热障涂层, EB-PVD, 反射率, YSZ, 微叠层

Abstract: In order to study the spectral reflectance characteristics of the thermal barrier coatings deposited on the surface of turbine blades in aero-engines, the NiCrAlYSi and NiCoCrAlYHf bondcoat of thermal barrier coatings (TBCs) were deposited on the 304 stainless steel substrate by vacuum arc ion plating and the topcoat of YSZ was deposited by EB -PVD. The spectral reflectance of TBCs within a wavelength range of 0.3 to 2.5 μm at room temperature was measured by UV -VIS -NIR spectrophotometer. The results show that no matter which kind of bondcoat is, the reflectance spectra of the NiCrAlYSi/YSZ and NiCoCrAlYHf/YSZ with the same thickness of bondcoat and topcoat are very close in the whole wavelength band. The spectral reflectance of the NiCrAlYSi/YSZ coat shows different characteristics under the topcoat thickness of 20, 100 and 170μm. Within the wavelength range from 0.3 to 0.45 μm, the coating with a 20 μm topcoat shows the strongest reflct ability on purple light, while the other two grayish-white sample show similar ability. Reflectance has a positive relativity to the YSZ thickness in the 0.45 to 2.5 μm wavelength range. Compared with that of the conventional YSZ, the spectral reflectance of micro laminate deposited by modified EB-PVD process is improved by two times.

Key words: thermal barrier coating, EB-PVD, reflectance, YSZ, micro laminate

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