电子束物理气相沉积LaZrCeO热障涂层微结构与热循环性能

热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)是一种由金属黏结层、热生长氧化物层和陶瓷面层组成的金属-陶瓷复合系统,在先进的航空发动机领域上引起了广泛的关注,但目前先进热障涂层的热循环寿命提升和失效行为研究仍然是一个难点。本研究采用电子束物理气相沉积技术(electron beam physical vapour deposition,EB-PVD)制备LaZrCeO/YSZ双陶瓷层热障涂层,研究热障涂层的相结构、显微组织和失效行为。结果表明:LaZrCeO/YSZ涂层为烧绿石与萤石结构组成的复合涂层材料,LaZrCeO/YSZ涂层的微观结构由羽毛状纳米结构和柱内孔隙组成;在1100℃热循环条件下,LaZrCeO/YSZ双陶瓷层热障涂层展现了良好的热循环寿命;热循环实验后,由于应力累积的作用裂纹在热生长氧化层(TGO)中萌生并扩展,包括水平裂纹和垂直裂纹两大类,进而引起整个涂层体系的不稳定,最终导致涂层失效。

化学气相渗透法制备碳化硅界面涂层的沉积动力学研究

目的研究沉积温度对SiC界面涂层微观形貌、结构和成分的影响,探讨SiC界面涂层的沉积动力学和沉积机理。方法采用Factsage软件计算MTS-H2反应物体系热力学平衡后产物组成,采用化学气相渗透法(CVI)在碳化硅纤维上制备SiC界面涂层,采用SEM、TEM、XRD等分析测试技术对SiC涂层形貌、结构和成分进行分析。结果在860~1060℃温度范围内,MTS-H2体系平衡后的主要产物有SiC、C等,并在该温度范围采用CVI工艺制备出了SiC界面涂层。结论在860~1060℃温度范围内,提高沉积温度有利于增加SiC的产率。温度低于960℃时,制备的SiC界面涂层表面光滑;高于1060℃时,得到了表面具有团簇结构的涂层,并且随着沉积温度的升高,涂层的结晶度提高。沉积动力学计算结果表明,温度低于1060℃时,SiC的沉积过程受表面反应控制;温度高于1060℃时,沉积过程受扩散控制。采用CVI工艺制备出了单一立方相的SiC界面涂层,并且(111)晶面为SiC颗粒的优先生长晶面。

不同电子束流EB-PVD制备YSZ热障涂层的组织结构演变、热循环寿命与失效行为分析

采用电子束物理气相沉积技术在不同电子束流下(1.2,1.8,2.4 A)制备YSZ热障涂层,分析表征不同电子束流下YSZ涂层的相结构和显微组织形貌变化,并对热障涂层进行了1150℃热循环寿命测试,同时通过微观组织结构演变对涂层失效行为进行分析。结果表明:不同电子束流下YSZ涂层均具有非平衡四方相结构,随着电子束流的增加,涂层柱状晶尖端结构逐渐由三角状向金字塔状再向山脊状演变,柱状晶由纤细结构转变为粗大结构,枝晶减少,排列有序性增加,由于YSZ涂层柱状晶纳米孔结构的存在使得热导率略微降低。1.8 A制备的YSZ涂层具有895周次的最优异热循环寿命,约为1.2 A下制备YSZ涂层的2倍,2.4 A下制备YSZ涂层的1.3倍,获得了低电子束流制备的纤细柱状晶结构优先烧结失效、高电子束流制备的粗大柱状晶优先热生长氧化(TGO)层应力累积失效的不同组织结构失效行为,1.8 A制备的柱状晶结构可平衡两种失效行为,有效延长YSZ热障涂层热循环寿命。

表面喷丸处理对NiCrAlYSi涂层恒温氧化行为的影响

采用真空电弧离子镀工艺制备了NiCrAlYSi涂层,研究了NiCrAlYSi涂层表面喷丸处理对其恒温氧化行为的影响。结果表明,喷丸处理工艺可降低涂层表面粗糙度,提高涂层表面致密性和平整性。在恒温氧化过程中,经过喷丸处理后的涂层能减少O原子向内扩散从而避免异常氧化区的出现,同时形成的热生长氧化(TGO)层厚度更加均匀,通过0.4 MPa、5 min喷丸处理后,NiCrAlYSi涂层TGO层厚度生长速率较未喷丸处理涂层降低60%,抗氧化性能得到提高。