PS-PVD制备锆酸钆热障涂层及其性能研究

目的采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)工艺制备出柱状结构完整、力学性能优异的锆酸钆热障涂层。方法以纳米团聚的8YSZ、Gd_(2)Zr_(2)O_(7)(GZO)及(Gd_(0.9)Yb_(0.1))_(2)Zr_(2)O_(7)(GYbZ)粉末为原料,采用PS-PVD工艺在镍基高温合金表面分别制备单层GZO涂层、GZO/YSZ双层结构涂层及GYbZ/YSZ双层结构涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析等检测手段,表征了热障涂层的相组成、微观结构及化学成分变化。采用纳米压痕试验仪测试了涂层的力学性能。采用电子万能试验机测试涂层的结合强度。结果GZO涂层与GYbZ涂层均为缺陷萤石相,涂层均呈现典型的羽毛柱状结构,且柱晶间隙存在大量的未熔粒子。在制备过程中,单层GZO涂层便出现了剥落,双陶瓷层结构中的GZO涂层未剥落但内部存在大量微裂纹,而Yb掺杂的GZO涂层((Gd_(0.9)Yb_(0.1))_(2)Zr_(2)O_(7),GYbZ)内无裂纹存在;和GZO涂层相比,GYbZ涂层具有更高的硬度(5.4 GPa)、杨氏模量(111.6 GPa)和结合强度(41.3 MPa)。结论采用现有的PS-PVD工艺参数,成功制备出柱状结构的单层GZO涂层、GZO/YSZ及GYbZ/YSZ双陶瓷层热障涂层,YSZ作为中间过渡层能改善GZO涂层与粘结层的热膨胀不匹配,而Yb元素的加入,可以有效提高GZO涂层的硬度和结合强度,但同时也会造成涂层的杨氏模量升高。