MCrAlY金属黏结层高温失效行为研究进展

随着航空发动机与燃气轮机涡轮进口温度的不断提高,MCrAlY(M=Ni,Co或NiCo)包覆型涂层因具有抗高温氧化以及高的热膨胀系数等优点,成为广泛应用的热障涂层金属黏结层材料。然而,高温服役环境下热障涂层中金属黏结层与陶瓷面层界面应力分布状态愈加复杂,黏结层界面失效导致陶瓷面层的剥落,限制了其在热防护涂层领域的发展。本文简述了黏结层的发展进程,重点阐述高温相转变、热应力和生长应力增加以及S元素扩散等因素导致的黏结层界面的失效行为,分析黏结层界面失效机理,归纳总结了国内外针对金属黏结层界面失效的改进研究工作,并在此基础上提出采用稀土及纳米颗粒协同强化MCrAlY材料,为未来热障涂层体系的优化设计提供了研究方向。

Al掺杂CoCrNiAlY金属黏结层的高温抗氧化行为研究

采用电弧离子镀技术在GH4169高温合金表面制备CoCrNiAlY和Al掺杂CoCrNiAlY涂层,系统开展涂层的高温抗氧化行为与机理研究,利用XRD、SEM和EDS等微尺度分析表征方法,全面解析涂层的物相结构特征、氧化反应产物及表/截面微观形貌。研究结果表明,未掺杂CoCrNiAlY涂层表现较差的结构稳定性和抗氧化性能,涂层呈持续氧化增重趋势,200 h涂层质量增重达0.38 mg/cm^(2)。然而,Al掺杂显著提升CoCrNiAlY涂层的高温抗氧化性能与结构稳定性,质量增重率先迅速增大后趋于稳定,200 h涂层的质量增重约0.30 mg/cm^(2)。本研究结果充分证实Al元素掺杂可显著改善CoCrNiAlY金属黏结层抗氧化性能。

航空发动机和工业燃气轮机热喷涂热障涂层用金属黏结层:回顾与展望

超音速火焰喷涂制作的金属黏结层加料浆喷涂制作的柱状晶结构陶瓷隔热层被视作新一代航空发动机和燃气轮机用热喷涂热障涂层,其中采用的MCrAlY金属黏结层正朝着长寿命、低成本、适用于新燃料的方向发展。本文综述近年来航空发动机和燃气轮机热端部件热障涂层用MCrAlY金属黏结层研究进展,并对涂层的结构设计与成分设计进行探讨。

CoNiCrAlY黏结层结构设计及其对热障涂层结合强度和抗热震性能的影响

目的设计热障涂层黏结层结构,改善涂层结合强度和抗热震性能。方法制备了5种结构的CoNiCrAlY黏结层,即超音速火焰喷涂(HVOF)底层+等离子喷涂(APS)上层的双层结构黏结层试样,对其进行1050℃真空热处理3 h后的试样,APS黏结层试样,HVOF黏结层试样及其真空热处理试样。再在以上5种试样表面制备Y2O3部分稳定ZrO2(YSZ)陶瓷层,研究黏结层的表面粗糙度、相组成、微观组织结构及其对涂层试样结合强度、热震性能的影响。结果制备态的黏结层由γ/γ’和β-NiAl两相组成,真空热处理后β相含量增多,表面粗糙度下降。在所有涂层试样中,双黏结层的涂层试样的结合强度最低,为28.43 MPa;对其真空热处理后得到的涂层试样的结合强度最高,达到39.42 MPa,主要原因在于热处理促进了两黏结层之间的扩散,提高了界面强度。双黏结层的涂层试样的抗热震性能最好,200次热震后涂层无明显剥落,而APS黏结层的涂层试样的抗热震性能最差,涂层抗热震性能的差异在于黏结层微观结构的不同。结论双黏结层的结构设计综合了APS、HVOF两种黏结层制备方法的优点,能显著提高热障涂层的抗热震寿命。

热障涂层的制备工艺及研究进展

综述了等离子喷涂(PS)、电子束物理气相沉积(EB-PVD)、火焰喷涂、电弧喷涂、激光熔覆、自蔓延高温合成(SHS)、悬浮等离子喷涂(SPS)等制备热障涂层(TBCs)的工艺,介绍了陶瓷面层和金属黏结层这2个方面的研究进展。展望了新一代超高温热障涂层的研究方向。