[发明专利]低压等离子喷涂基体表征温度的方法

说明书

低压等离子喷涂基体表征温度的方法，采用纯铁粉作为低压等离子喷涂过程中基体温度表征材料，在低压喷涂过程中对于异形工件，由于存在阴影效应，涂层表面温度不一，其导致基体表面沉积的涂层结构存在差异，通过在异形工件基体表面沉积纯铁涂层，通过纯铁涂层显示的颜色差别来判别基体表面的温度以及基体表面区域温度的差异，以为工业生产获得结构均匀涂层提供解决方案，本基体温度表征方法操作简单方便，成本低，能较为准确反映基体表面温度以及基体表面区域温度差异。

技术领域

本发明涉及一种低压等离子喷涂基体表征温度的方法。

背景技术

在过去的50 年中, 航空发动机叶片取得了长足发展, 这首先得益于高温合金服役温度的提高, 其次归功于热障涂层(TBCs)的发展, 使得叶片能在更高的温度下工作。推重比为10 的发动机涡轮进口温度(TIT) 为 1580℃, 未来推重比为 12～15 的发动机将达到1800℃。目前高温合金使用温度低于1150 ℃, 高温热障涂层可隔热 100～200℃, 高效气冷技术可降低 400～500℃, 需要联合使用后两种技术才能满足未来发动机的使用要求。热障涂层作为发动机叶片技术的三大关键技术之一, 获得高隔热、长寿命热障涂层一直是研究关注的目标, 积极探索新型热障涂层制备技术是实现目标的必走之路。大气等离子喷涂(APS)和电子束–物理气相沉积(EB-PVD) TBCs 已在工业上得到了广泛应用。APSTBCs具有低热导率和高沉积率, 而EB-PVD 相对于APS-TBCs 具有良好的损伤容限和抗热震性, 但涂层热导率高、沉积速率低。基于等离子喷涂的等离子喷涂–物理气相沉积(PS-PVD)技术融合了APS 和EB-PVD 的优点, 可制备热导率低、抗热震性好的热障涂层, 且通过工艺调整能制备层状、柱状或混合状结构涂层, 涂层制备效率高、成本低。PS-PVD 已成为制备未来先进发动机热障涂层的最有前景的技术之一。

基于等离子喷涂技术的低压等离子喷涂（PS-PVD, Plasma Spray-PhysicalVapor Deposition）真空等离子喷涂（又叫低压等离子喷涂），真空等离子喷涂是在气氛可控的，4～40Kpa的密封室内进行喷涂的技术。受到学术界及工业界的广泛关注，它可融合APS和EB-PVD的优点制备热障涂层，其孔隙率最高可达50～60%，热导率低至0.5W/mk且涂层抗热震性、抗氧化性均超过传统制备技术。随着航空发动机向高推比、高效率发展，热障涂层的服役环境变得越加苛刻，PS-PVD作为一种先进涂层制备技术，为满足未来热障涂层需求提供一种可能。PS-PVD制备技术，是在一个低压受控的环境中沉积涂层，粉末通过载气内送粉到喷枪，粉末在喷枪内及喷枪前端等离子焰流中受热熔融、气化，在不同的焰流位置可实现气、液、固多相沉积，在不同的基体温度下能获得不同结构的热障涂层如层状、柱状、混柱状等。

PS-PVD技术相比于APS和LPPS，它的喷枪功率较高(额定功率180kW)且在较低压力(50～1300Pa)下工作。传统热喷涂一般以熔融或半熔融粉末粒子进行沉积涂层，而PS-PVD则可以以气态沉积，当粉末以气态沉积时涂层为柱状结构。PS-PVD与EB-PVD均可实现气态沉积，沉积时因原子、离子或分子在基体表面以岛状形式形核生长，因此涂层呈柱状结构，在平行于基体方向上由于柱状间的相互作用而出现不同尺寸间隙。沉积过程中，气化涂层材料的原子、离子或分子到达基体前主要的运动方向是与基体垂直，因此它与旋转的基体之间形成沉积“阴影效应”最终导致柱状晶内形成多孔结构。原子、离子或分子接触基体前速度越大则柱状内孔隙越多，沉积前PS-PVD的气相粒子速度和数量远大于EB-PVD，因此涂层呈羽毛柱状结构且涂层孔隙率和沉积速率均高于EB-PVD涂层。