EB-PVD方法制备热障涂层热循环性能研究

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术在不同基体预热温度条件下制备NiCoCrAlY粘结层和氧化钇部分稳定的氧化锆面层。对样品进行了热循环试验。观察热循环过程中热障涂层显微结构的变化并分析了连续恒温氧化与热循环氧化间的差异,提出了EB-PVD热障涂层热循环的失效机理。

强流脉冲电子束辐照EB-PVD YSZ热障涂层改性工艺初探

在GH33合金表面采用EB-PVD法沉积了ZrO2＋（6~8）%Y2O3热障涂层并用强流脉冲电子束对该涂层进行辐照熔化处理。电子扫描和衍射显微镜以及X射线结构分析表明：脉冲电子束对涂层表面进行熔化处理后,在表面形成了厚3~5μm的镜面表面层（晶粒尺寸为2~4μm,分区域亚晶粒尺寸约为20~40nm）,并逐渐过渡到母材结构中。涂层表面的镜面效果无疑会对改善叶片类零件的气动性能起到有利的作用。

EB-PVD工艺中粘结层较薄时热障涂层失效分析

采用EB-PVD工艺在高温合金基体上制备了粘结层厚度为12μm左右的YSZ热障涂层,分析粘结层较薄情况下涂层体系的失效模式。通过循环氧化实验发现涂层体系有一定的抗氧化性能,但是寿命较短,且无明显分布规律。采用SEM对试样不同时期微观形貌进行观察,发现试样在热处理之后形成的TGO不够致密,不能有效阻止氧朝基体方向的扩散,使粘结层内部被氧化,导致涂层体系失效。

双陶瓷层热障涂层3.5%Y_2O_3-La_2(Zr_(0.7)Ce_(0.3))_2O_7/YSZ研究

采用EB-PVD沉积了3.5%Y_2O_3-La_2(Zr_(0.7)Ce_(0.3))_2O_7(3.5YLZ7C3)/YSZ双陶瓷热障涂层,分析了涂层的成分、相结构、组织形貌和热循环氧化性能。研究表明:La_2(Zr_(0.7)Ce_(0.3))_2O_7(LZ7C3)材料中掺杂Y_2O_3能有效地降低涂层中La2O3/Zr O_2/Ce O_2的成分偏差;双陶瓷涂层在1050℃下氧化增重动力学为M=0.1219t1/3,相比抛物线型YSZ涂层的氧化增重曲线,较大减缓了氧化速度;沉积态双陶瓷涂层表面结构(即3.5Y-LZ7C3涂层结构)为烧绿石结构,经过热循环后逐渐分解,出现了萤石结构以及La_2O_3的衍射峰;在1050℃双陶瓷层热循环氧化寿命达768 h。

采用EB-PVD技术制备两种多分层热障涂层的研究

基于电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术,设计并分别采用离子束辅助沉积法和低转速法制备了两种具有分层结构的热障涂层(TBCs),对陶瓷层引入层状结构后的组织结构与性能进行了研究。结果表明,层状结构的引入带来大量平行于沉积面的分层界面和相邻分层间的密度调制变化。层状结构TBCs的占优取向由(100)逐渐变化到(111),但仍都形成了不可转变的四方相(t′)结构。依据分层结构本身的差异和分层界面所处位置的不同,低转速分层试样具有更好的抗氧化性能,但离子辅助分层试样具有明显更长的热循环寿命。

基体温度与底层厚度对EB-PVD热障涂层性能的影响(英文)

采用EB-PVD工艺在高温合金基体上制备了不同基体预热温度、不同粘结层厚度的YSZ热障涂层。实验结果显示,对于MCrAlY类涂层,EB-PVD工艺存临界温度650～700℃,低于此温度粘结底层不易附着成形。对面层而言,沾水热冲击试验显示,较好的基体温度在800～900℃范围。不同厚度粘结层的TBC抗氧化行为结果显示,在一定范围内,涂层抗高温氧化的寿命随底层厚度增加而增加。因此实际工作中,在其他条件允许的情况下,应可能使底层有足够的厚度。

Nb和Ta掺杂四方YSZ机械性能及热性能的第一性原理研究

采用从头算平面波赝势方法结合电子交换关联能的广义梯度近似理论,对四方YSZ、Nb2O5掺杂YSZ(简写为Nb YSZ)、Ta2O5掺杂YSZ(简写为Ta YSZ)的晶体结构进行几何优化,得到体系的最稳定结构。然后利用胡克定律计算了四方YSZ、Nb YSZ、Ta YSZ的弹性常数,根据弹性常数分别获得了这三种结构的体模量、剪切模量、杨氏模量、声速、德拜温度和理论最低热导率等参数。研究结果表明:Nb2O5和Ta2O5掺杂均能降低YSZ的杨氏模量和理论最小热导率。从理论上证实Nb2O5和Ta2O5均是YSZ良好的掺杂剂,Ta2O5的效果好于Nb2O5。

EB-PVD工艺中粘结层厚度对热障涂层寿命的影响

采用电子束物理气相沉积技术在高温合金基体上制备不同粘结层厚度的YSZ热障涂层试样来分析粘结层厚度对热障涂层体系寿命的影响。对试样进行循环氧化试验以及热重分析来测试试样的热循环寿命和抗氧化性能。分别采用XRD、SEM和EDS对不同状态下的涂层进行相组成、微观形貌和成分组成分析。结果显示:热障涂层体系有明显的抗氧化作用,且抗氧化作用随着粘结层厚度的增加逐渐增强;粘结层的厚度对涂层体系的寿命影响显著,在特定的厚度范围内,涂层体系热循环寿命较长。综合各方面影响因素,得出本试验条件下粘结层厚度最优范围为50～70μm。

EB-PVD工艺中的熔池飞溅对TBCs的影响

采用电子束物理气相沉积技术在高温合金基体表面制备了YSZ热障涂层试样来分析沉积过程中产生的熔池飞溅对涂层性能的影响。对试样进行高温循环氧化实验,采用SEM对不同状态下试样的显微结构进行分析。结果表明,沉积过程中飞溅影响区高于涂层表面,在沉积过程中一直对其边界区域形成遮挡,造成飞溅影响区边界处组织疏松,且该区域边界在热循环过程中容易产生裂纹,使涂层体系过早失效。