【摘 要】
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等离子喷涂-物理气相沉积（PS-PVD）结合了等离子喷涂（PS）和电子束物理气相沉积（EB-PVD）的优势,被公认为最具发展潜力的先进航空发动机热障涂层制备技术之一。PS-PVD技术能够制备高性能的柱状热障涂层的关键在于等离子射流实现了喷涂粉末气化。随着提升涂层性能变得愈发困难,需要更加深刻地认识PS-PVD等离子射流特性,以获得性能更加优异的涂层。等离子喷枪阳极作为等离子喷枪的核心部件,其尺寸结
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等离子喷涂-物理气相沉积（PS-PVD）结合了等离子喷涂（PS）和电子束物理气相沉积（EB-PVD）的优势,被公认为最具发展潜力的先进航空发动机热障涂层制备技术之一。PS-PVD技术能够制备高性能的柱状热障涂层的关键在于等离子射流实现了喷涂粉末气化。随着提升涂层性能变得愈发困难,需要更加深刻地认识PS-PVD等离子射流特性,以获得性能更加优异的涂层。等离子喷枪阳极作为等离子喷枪的核心部件,其尺寸结构直接影响着等离子射流特性。为探索喷枪阳极对等离子射流特性及涂层结构与性能的影响,本文从喷枪阳极结构设计着手,通过自制三种不同尺寸结构的等离子喷枪阳极（#1、#2、#3）,沉积获得羽柱状涂层,结合光谱诊断（OES）和数值模拟,分析等离子射流特性及射流中粉末气化情况;利用X射线衍射仪、扫描电镜、纳米压痕等检测手段,表征涂层的相组成、微观结构和力学性能;通过拉伸实验、热震实验和粒子冲刷实验测试涂层的结合强度、热震性能和抗冲刷性能。主要研究结果如下:（1）不同结构的等离子喷枪阳极对PS-PVD等离子射流特性和粒子气化有较大的影响。#1、#2和#3阳极产生的等离子射流中,#3阳极的射流宽度最窄。OES研究结果显示,未送粉时#3阳极的等离子射流电子密度和电子温度分别为1.57×1015/cm~3和3470.70K,数值均高于#1和#2阳极,送粉后,射流中电子密度和电子温度均有不同程度的下降,其中#3阳极的射流降幅最大。结合计算机数值模拟计算结果,可知#3阳极的射流中7YSZ粉末气化最充分。（2）#1、#2和#3阳极获得的涂层均呈现出典型的羽毛柱状结构,且涂层相组成无明显差异。#3阳极能够显著提高涂层的沉积效率,最高可达0.51μm/pass。纳米压痕结果显示,三种涂层各生长层的硬度都是自下而上逐渐上升,且变化较小。其中,#3阳极制备的涂层平均硬度和平均杨氏模量最高,分别达到了13.57GPa和166.84GPa。（3）#3阳极制备的涂层具有更优异的结合强度、热震、抗冲刷性能。实验结果显示,#3阳极制备的涂层结合强度最为优异,为54.5MPa;#3阳极制备的涂层经过200次热震实验后,没有出现大面积剥落,仅在边缘发现细小的裂纹,且中心区域保持良好;当粒子冲刷实验耗砂量达到100g后,#3阳极制备的涂层在冲刷过程中表现出最低的冲刷速率,并且失重量也仅为0.15g。
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