Ar-H2 和 N2-H2 等离子喷涂 YSZ TBC 对环境、经济和性能的影响

自 20 世纪 70 年代以来，Ar-H2 等离子体一直是为燃气轮机行业沉积 ZrO2-Y2O3 (YSZ) 热障涂层 (TBC) 而采用的标准空气等离子喷涂 (APS) 气体系统，尤其是传统的等离子喷枪。N2-H2 等离子体虽然成本低得多，而且能产生更高的 YSZ 沉积效率 (DE)，但并未成为主流等离子体系统。出现 N2-H2 问题的原因可能是初步的 APS 喷枪铜喷嘴侵蚀（TBC 上的铜污染）以及倾向于生产更致密的涂层，从而可能导致 TBC 表现出更高的热导率 (TC) 和更低的热循环寿命。然而，在二十一世纪，减少环境足迹和经济性变得至关重要。此外，新技术的引入（如钨内衬铜喷嘴、粒子 T&V 传感器和计算机控制的自动化）极大地提高了 APS 处理的稳定性和可重复性。因此，需要重新审视 N2-H2 等离子概念与传统等离子喷枪的关系，后者仍被全球燃气轮机行业的原始发动机制造商和服务中心广泛使用。本文使用传统的 3MB APS 喷枪，通过 Ar/H2 和 N2/H2 等离子体沉积了不同的 APS YSZ TBC。对 DE、TC 和炉循环测试 (FCT) 进行了评估。FCT 性能最好的 Ar-H2 和 N2-H2 TBC 的寿命相当。此外，与 FCT 性能最好的 Ar-H2 TBC 相比，FCT 性能最好的 N2-H2 TBC 的 DE 值提高了 100%，生产成本总体降低了 55%。最后，最佳 FCT 性能的 N2-H2 TBC 在室温和 1200 °C 下的 TC 值均在 Ar-H2 TBC 的范围之内。

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关键词：APS、Ar-H2、沉积效率（DE）、环境足迹、N2-H2、TBC、热导率、热循环（FCT）、YSZ

原文发表于《热喷涂技术期刊》（2019 年 11 月 13 日，第 29 卷，第 74-89 页，2020 年）
作者：Rogerio S. Lima, Bruno M. H. Guerreiro, Nicholas Curry, Matthias Leitner, Karl Körner