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Improvement of thermally grown oxide layer in thermal barrier coating systems with nano alumina as third layer 被引量:5
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作者 Mohammadreza DAROONPARVAR Muhamad Azizi Mat YAJID +5 位作者 Noordin Mohd YUSOF Saeed FAR AHANY Mohammad Sakhawat HUSSAIN Hamid Reza BAKHSHESHIRAD Z.VALEFI Ahmad ABDOLAHI 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第5期1322-1333,共12页
A thermally grown oxide (TGO) layer is formed at the interface of bond coat/top coat. The TGO growth during thermal exposure in air plays an important role in the spallation of the ceramic layer from the bond coat. ... A thermally grown oxide (TGO) layer is formed at the interface of bond coat/top coat. The TGO growth during thermal exposure in air plays an important role in the spallation of the ceramic layer from the bond coat. High temperature oxidation resistance of four types of atmospheric plasma sprayed TBCs was investigated. These coatings were oxidized at 1000 °C for 24, 48 and 120 h in a normal electric furnace under air atmosphere. Microstructural characterization showed that the growth of the TGO layer in nano NiCrAlY/YSZ/nano Al2O3 coating is much lower than in other coatings. Moreover, EDS and XRD analyses revealed the formation of Ni(Cr,Al)2O4 mixed oxides (as spinel) and NiO onto the Al2O3 (TGO) layer. The formation of detrimental mixed oxides (spinels) on the Al2O3 (TGO) layer of nano NiCrAlY/YSZ/nano Al2O3 coating is much lower compared to that of other coatings after 120 h of high temperature oxidation at 1000 °C. 展开更多
关键词 high temperature oxidation nano thermal barrier coatings tgo layer SPINELS
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激光改性YAG/YSZ双陶瓷热障涂层的高温氧化与TGO生长行为 被引量:2
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作者 安国升 李文生 +5 位作者 王智平 冯力 成波 周兰 李子钰 张义 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第4期1178-1192,共15页
以Inconel738合金为基体、NiCoCrAlY为黏接层,采用大气等离子喷涂(APS)技术制备YAG/YSZ双陶瓷热障涂层(TBC),并对YAG层表面进行激光改性,以提高TBC的抗高温氧化性能。通过恒温氧化实验研究喷涂态(AS)与激光改性(LM)TBC的高温氧化及热生... 以Inconel738合金为基体、NiCoCrAlY为黏接层,采用大气等离子喷涂(APS)技术制备YAG/YSZ双陶瓷热障涂层(TBC),并对YAG层表面进行激光改性,以提高TBC的抗高温氧化性能。通过恒温氧化实验研究喷涂态(AS)与激光改性(LM)TBC的高温氧化及热生长氧化物(TGO)的生长行为。结果表明,AS-TBC与LM-TBC的TGO厚度与结构呈现相似变化趋势,即厚度随氧化时间增加而增加,结构则均由单一Al_(2)O_(3)层演变为混合氧化物层在上、Al_(2)O_(3)层在下的双层形貌。基于激光改性对氧气渗透的强烈抑制作用,LM-TBC中混合氧化物出现的时间推迟,在氧化中后期LM-TBC的总体TGO厚度也有所减少。经过相同的氧化时间,LM-TBC中Al_(2)O_(3)厚度在总体TGO厚度中占比始终大于或等于AS-TBC,并且LM-TBC的抛物线氧化速率相比AS-TBC下降了18.42%。因此,YAG/YSZ LM-TBC呈现更优异的高温抗氧化性能与更低的TGO生长速率。 展开更多
关键词 热障涂层 激光改性 双陶瓷层 氧气渗透 热生长氧化物
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Review of Numerical Simulation of TGO Growth in Thermal Barrier Coatings 被引量:1
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作者 Quan Wen Fulei Jing +2 位作者 Changxian Zhang Shibai Tang Junjie Yang 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2022年第8期361-391,共31页
Thermally grown oxide(TGO)is a critical factor for the service life of thermal barrier coatings(TBC).Numerical simulations of the growth process of TGO have become an effective means of comprehensively understanding t... Thermally grown oxide(TGO)is a critical factor for the service life of thermal barrier coatings(TBC).Numerical simulations of the growth process of TGO have become an effective means of comprehensively understanding the progressive damage of the TBC system.At present,technologies of numerical simulation to TGO growth include two categories:coupled chemical-mechanical methods and mechanical equivalent methods.The former is based on the diffusion analysis of oxidizing elements,which can describe the influence of bond coat(BC)consumption and phase transformation in the growth process of TGO on the mechanical behavior of each layer of TBC,and has high accuracy for the thickness evolution of TGO,but they cannot describe the lateral growth of TGO and the rumpling phenomenon induced.The latter focuses on describing the final stress and strain state after the growth of a specific TGO rather than the complete growth processes of TGO.Based on the measured TGO thickness growth curve,simulations of thickening and lateral growth can be achieved by directly applying anisotropic volumetric strain to oxidized elements and switching elements properties from the BC to the TGO. 展开更多
关键词 thermal grown oxide(tgo) numerical simulation thermal barriers coatings(TBC) finite element method lateral growth
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Influence of the Thermal Barrier Coatings Design on the Oxidation Behavior
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作者 B. Saeedi A. Sabour +1 位作者 A. Ebadi A.M. Khoddami 《Journal of Materials Science & Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2009年第4期499-507,共9页
The properties of two different types of thermal barrier coatings (TBCs) were compared to improve the surface characteristics on high temperature components. These TBCs consisted of a duplex TBC and a five-layered f... The properties of two different types of thermal barrier coatings (TBCs) were compared to improve the surface characteristics on high temperature components. These TBCs consisted of a duplex TBC and a five-layered functionally graded TBC. NiCrAIY bond coats were deposited on a number of Inconel-738LC specimens using high velocity oxy-fuel spraying (HVOF) technique. For duplex coating, a group of these specimens were coated with yttria stabilized zirconia (YSZ) using plasma spray technique. Functionally graded NiCrAIY/YSZ coatings were fabricated by plasma spray using co-injection of the two different powders in a single plasma torch. The amount of zirconia in functionally graded coatings were gradually increased from 30 to 100 vol. pct. Microstructural changes, thermally grown oxide (TGO) layer growth and damage initiation of the coatings were investigated as a function of isothermal oxidation test at 970℃. As a complementary test, the performance of the fabricated coatings by the optimum processing conditions was evaluated as a function of intense thermal cycling test at 1100℃. Also the strength of the adhesive coatings of the substrate was also measured. Microstructural characterization was analyzed by scanning electron microscopy (SEM) and optical microscopy whereas phase analysis and chemical composition changes of the coatings and oxides formed during the tests were studied by XRD (X-ray diffraction) and EDS (energy dispersive spectrometer). The results showed that microstructure and compositions gradually varied in the functionally graded coatings. By comparison of duplex and functionally graded TBCs oxidation behavior (duplex failure after 1700 h and funcitionally graded TECs failure after 2000 h), thermal shock test and adhesion strength of the coatings, the functionally graded TBC had better performance and more durability. 展开更多
关键词 thermal barrier coatings (TBCs) Isothermal oxidation Functionally graded TBC thermally grown oxide Bond strength High velocity oxy-fuel spraying
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镀铝对CoCrNiAlY-YSZ-LaMgAl_(11)O_(19)双陶瓷热障涂层高温抗氧化行为的影响
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作者 解志文 陶浩天 +3 位作者 刘天新 陈永君 胡素影 马北一 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第4期58-63,共6页
采用电弧离子镀(AIP)技术在CoCrNiAlY-YSZ-LaMA双陶瓷涂层表面沉积一层Al镀层,利用XRD、SEM和EDS等微尺度分析表征方法,全面解析涂层在大气暴露过程中的高温氧化行为。研究结果表明,未镀铝LaMA层在氧化过程中发生严重体积收缩,导致纵向... 采用电弧离子镀(AIP)技术在CoCrNiAlY-YSZ-LaMA双陶瓷涂层表面沉积一层Al镀层,利用XRD、SEM和EDS等微尺度分析表征方法,全面解析涂层在大气暴露过程中的高温氧化行为。研究结果表明,未镀铝LaMA层在氧化过程中发生严重体积收缩,导致纵向微裂纹萌生和扩展。这些微裂纹成为氧气向内部扩散的通道,导致涂层呈现持续氧化增重趋势、TGO快速生长和严重的元素扩散,并最终加剧涂层断裂失效。但镀铝涂层样品表现出更好的高温抗氧化性能与结构稳定性,高温氧化过程中,表面Al镀层与氧气发生原位反应生成致密Al2O3屏障层,有效阻止或延迟氧气内部渗透,使TGO缓慢生长,其氧化增重从20h时的8.59mg/cm^(2)略微上升到80h时的9.46mg/cm^(2)。本研究结果为双陶瓷热障涂层的延寿设计与界面热生长应力调控开辟出全新技术途径和理论视野。 展开更多
关键词 双陶瓷热障涂层 Al镀层 高温抗氧化性能 热生长氧化物(tgo) 结构稳定性
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Spallation Process of Thermally Grown Oxides by In-Situ CCD Monitoring Technique 被引量:1
6
作者 QI Yu-hong Philippe Lours Yannick Le Maoult 《Journal of Iron and Steel Research International》 SCIE EI CAS CSCD 2009年第6期90-94,共5页
In cooling process of Fe-Cr-Al alloy oxidized at 1 300 ℃, the effect of cooling speed and exposure time on oxide spalled area fraction and successive variety of the spalled region were studied by investigating evolve... In cooling process of Fe-Cr-Al alloy oxidized at 1 300 ℃, the effect of cooling speed and exposure time on oxide spalled area fraction and successive variety of the spalled region were studied by investigating evolvement of the thermally grown oxide using in-situ CCD monitoring technique. The results showed that oxide spallation can be restrained by controlling cooling speed and the critical temperature drop of spallation initiation which is closely related to the oxide thickness or exposure time, and the spallation process of a little region may be described in more detail as two routes: from the oxide/substrate interface micro-decohesion, micro-buckles, buckle spreading, buckle crack to spallation and from the interface micro-decohesion, micro-buckles, buckle crack and spallation to the residual oxide decohesion and spallation. 展开更多
关键词 in-situ CCD monitoring technique SPALLATION thermally grown oxide Fe-Cr-AI
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锆基陶瓷热障涂层的腐蚀研究进展
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作者 韩旭 耿洪滨 +2 位作者 王铀 李仰 张晓东 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第4期89-103,共15页
近年来随着航空与航海工业的迅速发展,具有耐高温、长寿命、耐腐蚀等优势的发动机叶片成为开发新一代航空发动机和涡轮发动机的重要一环。热障涂层(TBCs)作为常用的热防护技术,一方面可为发动机叶片部分金属基底提供隔热保护,使其免受... 近年来随着航空与航海工业的迅速发展,具有耐高温、长寿命、耐腐蚀等优势的发动机叶片成为开发新一代航空发动机和涡轮发动机的重要一环。热障涂层(TBCs)作为常用的热防护技术,一方面可为发动机叶片部分金属基底提供隔热保护,使其免受高温气体的影响;但另一方面,更高的发动机工作温度使得叶片及其表面TBCs遭受严重的环境沉积物腐蚀,造成过早失效,腐蚀类型主要有热腐蚀、CMAS腐蚀、熔盐腐蚀等。腐蚀已成为限制TBCs工作温度和服役寿命的难题,抗腐蚀防护是目前TBCs领域研究的重点。本文首先简述了以氧化钇稳定氧化锆陶瓷(YSZ)为主的热障涂层材料的主要特性,再简述了TBCs的不同腐蚀的反应机理,重点从涂层的微观结构设计、梯度涂层的设计、涂层成分改性及掺杂改性等方面与涂层腐蚀过程之间的影响关系出发,阐述了TBCs改性方法与涂层腐蚀的特点。提出未来涂层改进与防护的几种方法,最后对TBCs的腐蚀防护发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 热障涂层(TBCs) 氧化钇稳定氧化锆陶瓷(YSZ) 腐蚀失效 热生长氧化物(tgo) 改性
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YZrHf热障涂层的制备及热震性能分析
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作者 洪启 吴鸿燕 +3 位作者 王善林 郭树军 陈玉华 柯黎明 《精密成形工程》 北大核心 2024年第1期87-96,共10页
目的研究喷涂态YZrHf热障涂层的微观组织及其抵抗高温热冲击的性能,探讨高温条件下热生长氧化物(TGO)对陶瓷层的影响。方法采用大气等离子喷涂(APS)技术制备厚度约为300μm的YZrHf热障涂层,并将涂层在950℃下保温15min后进行水冷循环热... 目的研究喷涂态YZrHf热障涂层的微观组织及其抵抗高温热冲击的性能,探讨高温条件下热生长氧化物(TGO)对陶瓷层的影响。方法采用大气等离子喷涂(APS)技术制备厚度约为300μm的YZrHf热障涂层,并将涂层在950℃下保温15min后进行水冷循环热震实验,直至涂层剥落失效,使用SEM、EDS、X射线衍射仪对制备态及热震实验后的热障涂层微观组织进行分析。结果涂层表面粗糙不平且分布有十几到几十微米长度的网状裂纹,这些相互贯通的裂纹为氧气的进入提供了通道。经过101次循环热震实验后,涂层部分区域剥落失效,SEM结果显示,在陶瓷层/黏结层界面处、黏结层内部均出现了热生长氧化物,且在陶瓷层中分布有横向、纵向的贯通性裂纹,而在TGO生长区域,也出现了一些小裂纹,但涂层并未剥落。经测定分析可知,TGO的主要成分为Al_(2)O_(3)、Cr_(2)O_(3)、NiO以及尖晶石氧化物组成的混合物(CSN)。结论热震实验后TGO层中Al元素贫化,Ni、Cr等元素向界面处迁移参与反应,同时尖晶石氧化物以α-Al_(2)O_(3)为基础形成,这些氧化物的存在会产生对陶瓷层的压应力,加速涂层的开裂失效;涂层中掺杂的HfO2能够阻止Al的外扩散,降低氧化层的生长速率。 展开更多
关键词 热障涂层 等离子喷涂 热震性能 显微组织 热生长氧化物tgo
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激光冲击金属黏结层高温热循环应力演化规律的有限元模拟
9
作者 王瑞涵 花银群 +2 位作者 叶云霞 蔡杰 戴峰泽 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期123-134,共12页
目的 探索激光冲击(LSP)对高温热循环(反复升温、保温和降温)过程中热障涂层中的热生长氧化物(TGO)表面及TGO/黏结层(BC)界面应力分布的影响规律。方法 基于真实TGO形貌,建立有限元模型,从应力演化角度分析LSP改性(LSPed)与未改性(Non-L... 目的 探索激光冲击(LSP)对高温热循环(反复升温、保温和降温)过程中热障涂层中的热生长氧化物(TGO)表面及TGO/黏结层(BC)界面应力分布的影响规律。方法 基于真实TGO形貌,建立有限元模型,从应力演化角度分析LSP改性(LSPed)与未改性(Non-LSPed)试样危险区域的失效形式;使用拉曼光谱法(RFS)对氧化后的金属黏结层进行残余应力测试。结果 TGO应力分布随着形貌的起伏呈现相应的起伏变化。TGO表面压应力最大值出现在波峰位置,经10次热循环后LSPed试样TGO表面S11(平行于涂层表面的正应力)压应力最大值大于Non-LSPed试样,经50次热循环后LSPed试样TGO表面压应力最大值远小于Non-LSPed试样;随着热循环次数的增加,2类试样TGO/BC界面S11应力的差别变小。LSPed试样TGO表面S22(垂直于涂层表面的应力)应力随着热循环次数的增加逐渐增大,但S22拉应力小于250 MPa,应力总体偏低。TGO/BC界面S22、S12(平行于涂层表面的剪切应力)应力随循环次数的变化规律基本一致,经10次热循环后,LSPed试样的S22、S12应力均大于Non-LSPed试样;经50次热循环后,2类试样界面的S22、S12应力相差不大。结论 文中构建的TGO应力有限元仿真模型,模拟结果与测试结果吻合。LSP通过调控TGO生长速度,可以有效缓解TGO生长过程中应力的剧烈变化,大幅降低TGO表面S11和S12应力最大值,进而降低TGO表面产生垂直于表面贯穿裂纹和剪切破坏的风险,LSP对TGO表面(TGO/BC界面)应力状态的影响较小。 展开更多
关键词 激光冲击 热循环 热生长氧化物 黏结层 应力分布 有限元仿真
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Time of flight improved thermally grown oxide thickness measurement with terahertz spectroscopy
10
作者 Zhenghao ZHANG Yi HUANG +6 位作者 Shuncong ZHONG Tingling LIN Yujie ZHONG Qiuming ZENG Walter NSENGIYUMVA Yingjie YU Zhike PENG 《Frontiers of Mechanical Engineering》 SCIE CSCD 2022年第4期205-215,共11页
As a nondestructive testing technique,terahertz time-domain spectroscopy technology is commonly used to measure the thickness of ceramic coat in thermal barrier coatings(TBCs).However,the invisibility of ceramic/therm... As a nondestructive testing technique,terahertz time-domain spectroscopy technology is commonly used to measure the thickness of ceramic coat in thermal barrier coatings(TBCs).However,the invisibility of ceramic/thermally grown oxide(TGO)reflective wave leads to the measurement failure of natural growth TGO whose thickness is below 10μm in TBCs.To detect and monitor TGO in the emergence stage,a time of flight(TOF)improved TGO thickness measurement method is proposed.A simulative investigation on propagation characteristics of terahertz shows the linear relationship between TGO thickness and phase shift of feature wave.The accurate TOF increment could be acquired from wavelet soft threshold and cross-correlation function with negative effect reduction of environmental noise and system oscillation.Thus,the TGO thickness could be obtained efficiently from the TOF increment of the monitor area with different heating times.The averaged error of 1.61μm in experimental results demonstrates the highly accurate and robust measurement of the proposed method,making it attractive for condition monitoring and life prediction of TBCs. 展开更多
关键词 thermal barrier coatings thermally grown oxide terahertz spectroscopy time of flight
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热障涂层系统中TGO应力生成的数值模拟 被引量:5
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作者 黄霞 丁军 曾祥国 《机械设计与制造》 北大核心 2009年第12期199-201,共3页
采用有限元分析软件ABAQUS对热障涂层系统中TGO的应力生成进行了数值模拟。基于实验测得的TGO生成厚度和材料性能参数,研究了热氧化循环载荷中TGO应力产生的机理和影响因素,验证了材料属性转化方法模拟TGO生成过程的有效性。结果表明,... 采用有限元分析软件ABAQUS对热障涂层系统中TGO的应力生成进行了数值模拟。基于实验测得的TGO生成厚度和材料性能参数,研究了热氧化循环载荷中TGO应力产生的机理和影响因素,验证了材料属性转化方法模拟TGO生成过程的有效性。结果表明,热膨胀系数差异和TGO高温生长是导致TGO应力产生的主要原因,TGO厚度的增加导致了外层TGO中拉伸应力的产生,随着厚度的增加该应力逐渐增大。当TGO达到某一厚度时,该应力保持恒定。 展开更多
关键词 热生长氧化物 应力生成 热氧化循环载荷 数值模拟
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粘接层预氧化对热障涂层TGO生长与抗高温氧化性能的影响 被引量:2
12
作者 安国升 李文生 +3 位作者 冯力 成波 李子钰 周兰 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2022年第6期1-7,共7页
利用预氧化技术在热障涂层(TBC)的陶瓷层/粘接层界面形成致密Al_(2)O_(3)层,经过1100℃高温氧化试验,研究了该Al2O3层通过抑制氧气扩散,降低热生长氧化物(TGO)生长速率的作用机理,阐明了粘接层预氧化对整体热障涂层氧化行为的影响规律.... 利用预氧化技术在热障涂层(TBC)的陶瓷层/粘接层界面形成致密Al_(2)O_(3)层,经过1100℃高温氧化试验,研究了该Al2O3层通过抑制氧气扩散,降低热生长氧化物(TGO)生长速率的作用机理,阐明了粘接层预氧化对整体热障涂层氧化行为的影响规律.结果表明:喷涂态(A-TBC)与预氧化(P-TBC)试样的TGO厚度及氧化增重均随氧化时间的延长而增长.但是,P-TBC显著减少了整个过程氧的扩散,有效抑制了氧化初期TGO的急速生长,使得P-TBC能够长期保持有益的TGO结构、降低抛物线氧化速率,并最终提高热障涂层抗高温氧化性能. 展开更多
关键词 预氧化 热障涂层 热生长氧化物
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超音速颗粒轰击处理对MCrAlY涂层TGO生长的影响 被引量:2
13
作者 王志平 逄颖 +1 位作者 冯日宝 丁坤英 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期25-28,114,共5页
采用超音速火焰喷涂方法在镍基高温合金(GH99)上制备了MCrAlY涂层,并进行超音速颗粒轰击处理,研究了超音速颗粒轰击工艺对MCrAlY涂层显微结构和热生长氧化物(TGO)的影响。结果表明,通过表面轰击处理,增加了涂层中Al元素的扩散通道;高温... 采用超音速火焰喷涂方法在镍基高温合金(GH99)上制备了MCrAlY涂层,并进行超音速颗粒轰击处理,研究了超音速颗粒轰击工艺对MCrAlY涂层显微结构和热生长氧化物(TGO)的影响。结果表明,通过表面轰击处理,增加了涂层中Al元素的扩散通道;高温氧化过程中MCrAlY涂层表面很快形成连续致密的Al2O3膜,保护了Ni,Cr等元素避免被氧化,从而避免了Ni(Cr,Al)2O4,NiO等大颗粒氧化物的生成;这样减少了涂层中的裂纹产生和扩展的可能性,从而提高涂层抗高温氧化性能。 展开更多
关键词 热障涂层 超音速颗粒轰击 热生长氧化物
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激光重熔热障涂层TGO生长与抗高温氧化机制 被引量:1
14
作者 安国升 李文生 +4 位作者 冯力 成波 李子钰 周兰 王智平 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期3780-3791,共12页
激光重熔是提高热障涂层(TBC)陶瓷层致密度进而减少氧气传输通道的有效途径。本文将TBC陶瓷层表面进行激光重熔,通过1100℃高温氧化实验,研究重熔层对TBC热生长氧化物(TGO)的影响规律,阐明了激光重熔对提高TBC抗高温氧化性能的作用机理... 激光重熔是提高热障涂层(TBC)陶瓷层致密度进而减少氧气传输通道的有效途径。本文将TBC陶瓷层表面进行激光重熔,通过1100℃高温氧化实验,研究重熔层对TBC热生长氧化物(TGO)的影响规律,阐明了激光重熔对提高TBC抗高温氧化性能的作用机理。结果表明:喷涂态TBC(AS-TBC)、重熔态TBC(LR-TBC)的TGO厚度及氧化增重均随氧化时间的延长而增长。重熔层能消除部分喷涂缺陷,降低陶瓷层表面粗糙度,减少涂层与氧气的接触面积。经过激光重熔的陶瓷层更加致密,促使层内粒子间隙愈合,而且重熔层的裂纹缩小甚至闭合提高了LR-TBC的应变容限,从而抑制了LR-TBC中氧通过孔隙与裂纹向黏接层的渗透,延缓了氧化中后期TGO的生长,使其直至氧化结束始终保持单一Al_(2)O_(3)层的TGO结构。最终,LR-TBC的抛物线氧化速率Kp相比AS-TBC下降了9.00%。 展开更多
关键词 激光重熔 热障涂层 热生长氧化物 高温氧化
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EB-PVD热障涂层TGO三维结构分析 被引量:2
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作者 敖波 钟建兰 古玉祺 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期136-142,共7页
热生长氧化物(TGO)的厚度及形貌是影响热障涂层热应力的关键因素。首先开展了电子束物理气相沉积(EB-PVD)热障涂层1 050℃恒温氧化实验,采用聚焦离子束-扫描电子显微镜(FIB-SEM)实现了EB-PVD热障涂层三维成像,获得了576幅热障涂... 热生长氧化物(TGO)的厚度及形貌是影响热障涂层热应力的关键因素。首先开展了电子束物理气相沉积(EB-PVD)热障涂层1 050℃恒温氧化实验,采用聚焦离子束-扫描电子显微镜(FIB-SEM)实现了EB-PVD热障涂层三维成像,获得了576幅热障涂层高温氧化48 h后的SEM图像;其次,通过EB-PVD热障涂层三维结构的分割与提取,得到了真实TGO三维结构和柱间孔隙三维分布,实现了TGO层的厚度测量;最后建立了基于TGO三维结构和柱间孔隙三维分布的EB-PVD热障涂层有限元热应力分析模型,分析了真实TGO三维结构和柱间孔隙三维分布对EB-PVD热障涂层热应力的影响。结果表明,TGO层的平均厚度为2.37μm,有限元模型中最大拉应力为403 MPa,最大压应力为-282 MPa,最大拉应力与最大压应力均出现在陶瓷层中的柱间孔隙处。 展开更多
关键词 电子束物理气相沉积 热生长氧化物 聚焦离子束-扫描电子显微镜 三维结构
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TGO对热障涂层失效的作用分析 被引量:7
16
作者 陈慧君 李其连 +1 位作者 程旭东 陈良国 《材料保护》 CAS CSCD 北大核心 2012年第3期5-7,22,共4页
热生长氧化物(TGO)的形成与长大是热障涂层失效的根本原因。先在IC10高温合金基体上超音速火焰喷涂(HVOF)NiCoCrAlTaY粘结层(BC层),再等离子喷涂二元稀土氧化物稳定氧化锆Sc2O3-Y2O3-ZrO2,喷涂样在1 100℃恒温氧化,利用扫描电镜(SEM)、... 热生长氧化物(TGO)的形成与长大是热障涂层失效的根本原因。先在IC10高温合金基体上超音速火焰喷涂(HVOF)NiCoCrAlTaY粘结层(BC层),再等离子喷涂二元稀土氧化物稳定氧化锆Sc2O3-Y2O3-ZrO2,喷涂样在1 100℃恒温氧化,利用扫描电镜(SEM)、能谱仪对断面形貌、成分进行分析,讨论了TGO的形成机理及其与热障涂层失效的关系。结果表明:随着恒温氧化时间增加,TGO层底部的Al含量下降,上部、中间弥散颗粒及底部的Ni含量均增加,上部、中间弥散颗粒中Cr含量均减少;喷涂样氧化140 h后,TGO层由靠近陶瓷层的富(Cr,Al)2O3层、弥散其间的富Ni颗粒和靠近BC层的Al2O3层组成;TGO的生长速度先由Al与O2化学反应速度决定,接着受BC层金属元素扩散速度影响,最后由化学反应速度和扩散速度共同控制;减少TGO中的有害氧化物含量以降低涂层内的应力,可有效提高涂层的使用寿命。 展开更多
关键词 热障涂层 热生长氧化物 涂层失效 生长速度
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陶瓷层孔隙对热障涂层TGO界面残余应力影响的有限元研究 被引量:2
17
作者 戴晨煜 钟舜聪 +1 位作者 伏喜斌 黄学斌 《无损检测》 2019年第8期30-35,共6页
作为一种热障涂层不可避免的结构缺陷,孔隙的存在具有随机性,其分布位置会给TGO(热生长氧化层)界面残余应力带来巨大影响。为了更好地了解孔隙率对热障涂层TGO界面残余应力的影响,考虑单个孔隙对TGO界面残余应力的影响,通过改变孔隙与TG... 作为一种热障涂层不可避免的结构缺陷,孔隙的存在具有随机性,其分布位置会给TGO(热生长氧化层)界面残余应力带来巨大影响。为了更好地了解孔隙率对热障涂层TGO界面残余应力的影响,考虑单个孔隙对TGO界面残余应力的影响,通过改变孔隙与TGO界面的距离、孔隙位置及孔隙的尺寸,来分析TGO界面残余应力的变化情况。结果表明:当半径为5μm的圆形孔隙与TGO/TC界面距离为35μm时,孔隙几乎对TGO界面残余应力没有影响,孔隙离界面越近,对残余应力的大小及分布影响越大;距离一定时,孔隙尺寸越小对界面残余应力的影响越小。 展开更多
关键词 热障涂层 孔隙率 热生长氧化层
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Effect of Supersonic Fine Particles Bombarding on the Service Life of Thermal Barrier Coating 被引量:1
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作者 LIN Xiaoping DONG Yun +3 位作者 WANG Zhiping LIU Shiqiang REN Zhimin DING Kunying 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2011年第5期911-916,共6页
Thermally Grown Oxide(TGO) is a dominating component in controlling the effectiveness of thermal barrier coating.During the growth of TGO,whether we could homogeneously distribute Al atom on the TGO and the intermed... Thermally Grown Oxide(TGO) is a dominating component in controlling the effectiveness of thermal barrier coating.During the growth of TGO,whether we could homogeneously distribute Al atom on the TGO and the intermediate metal layer will be the key factor in forming TGO with continuous,uniform and single-ingredient(Al2O3).In this experiment,we bombarded particles on to the metallic bound layer.We studied the influence of supersonic particle bombardment on the diffusion of Al.We hope to control the growth of TGO by monitoring the diffusion of Al.Thermal barrier coating(TBC),which consists of a NiCoCrAlY bond coat and a ZrO2-8Y2O3(wt.%) topcoat(TC),is fabricated on the nickel-base superalloy by air plasma spray(APS).NiCoCrAlY bond coat is treated by supersonic fine particles bombarding(SFPB).The morphology,oxidation behavior of TBC and phase are characterized by scanning electron microscope(SEM) equipped with an energy dispersive spectromrter(EDS) and X-ray diffractometer(XRD).The influence of supersonic fine particles bombarding technique on the service life of thermal barrier coating is studied.The results show that SFPB technique improves the flaw of excessive surface undulation in the as-sprayed bond coat.A continuous,uniform and single-ingredient(Al2O3) TGO can quickly form in the SFPB TBC during high temperature oxidation process.The thickening of TGO is relatively slow.These will effectively suppress the formation of other non-protective oxides.Therefore,SFPB technique reduces the growth stress level generated by the continuous growth of TGO,and also avoids the stress concentration induced by formation of the large particle spinal oxide.Thermal barrier coating still remains well after 350 thermal cycles.The service life of TBC is improved.The proposed research provides theoretical basis and technical references to further improve and enhance the SFPB technique. 展开更多
关键词 thermal barrier coating stress concentration supersonic fine particles bombarding thermally grown oxide
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Fecralloy基体热障涂层TGO热生长应力的理论计算和数值模拟 被引量:2
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作者 易统 丁军 +1 位作者 宋鹍 黄霞 《机械设计与制造》 北大核心 2017年第S1期28-33,共6页
热生长氧化物(TGO)的生长应力是导致热障涂层系统(TBCs)失效的关键因素。通过建立Fecralloy金属矩形薄板模型,研究在不含初始缺陷的热障涂层系统中TGO氧化生长机理,分析该模型在高温热循环过程中的应力与应变,并在涂层经历热循环后代入... 热生长氧化物(TGO)的生长应力是导致热障涂层系统(TBCs)失效的关键因素。通过建立Fecralloy金属矩形薄板模型,研究在不含初始缺陷的热障涂层系统中TGO氧化生长机理,分析该模型在高温热循环过程中的应力与应变,并在涂层经历热循环后代入相应的材料参数得到TGO热生长应力的理论结果;通过有限元软件ABAQUS模拟模型热循环过程,获得了TGO热生长应力的数值模拟结果;将数值模拟结果与理论计算值进行比较。结果表明,理论计算结果与模拟结果具有很好的吻合性,证明了理论分析方法的正确性,为以后热障涂层系统的失效分析以及疲劳寿命的预测提供了参考。 展开更多
关键词 tgo TBCS 失效 矩形薄板模型 tgo热生长应力 ABAQUS
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不同制备工艺的热障涂层高温下TGO生长规律及微观结构的演变分析 被引量:2
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作者 葛龙飞 朱旺 杨丽 《湘潭大学学报(自然科学版)》 CAS 2020年第3期13-23,共11页
热障涂层作为一种耐高温、耐腐蚀的热防护陶瓷材料,被广泛应用于航空发动机的高温部件,改善了发动机的耐高温性能且延长了其服役寿命.在高温服役环境中,由于界面氧化导致的TGO生长是诱发涂层剥落失效的主要原因.剥落失效是制约热障涂层... 热障涂层作为一种耐高温、耐腐蚀的热防护陶瓷材料,被广泛应用于航空发动机的高温部件,改善了发动机的耐高温性能且延长了其服役寿命.在高温服役环境中,由于界面氧化导致的TGO生长是诱发涂层剥落失效的主要原因.剥落失效是制约热障涂层在高性能航空发动机上安全应用的重要瓶颈,因此准确预测高温下热障涂层TGO的生长规律及微观形貌的演变规律对理解热障涂层界面氧化剥落失效至关重要.基于此,该文开展了不同制备工艺热障涂层材料的高温氧化实验,来分析TGO的生长规律以及微观形貌演变规律.实验结果表明:NiCrAlYSi黏结层氧化速率最快,抗氧化性能最差,TGO的生长不规则,氧化后期容易剥落.NiCrAl合金样品在高温下的氧化速率较慢,TGO的生长缓慢,抗氧化性能较好.Pt扩散黏结层的氧化速率介于两者之间,TGO的生长速率缓慢.在分析合金材料氧化的过程中,发现样品表面的粗糙度对TGO的生长有较大的影响,表面粗糙度越小TGO的生长速率越快,与基底的结合性越好. 展开更多
关键词 热障涂层 热生长氧化物 高温氧化 微观形貌
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