EB-PVD在热障涂层中的失效研究分析

电子束物理气相沉积(EB-PVD)是航空发动机涡轮叶片热障涂层(TBCs)的先进制备技术。随着EB-PVD TBCs的深入研究,TBCs失效也引起了众多研究者的重视。对EB-PVD TBCs的TGO(热生长氧化物)生长失效和CMAS(钙、镁、铝和硅酸盐)高温侵蚀失效两种主要机制进行了总结,分析了其失效机制和影响因素,以期为EB-PVD在TBCs中的应用提供理论基础。

表面强化对EB-PVD热障涂层的高温氧化性能及结合强度的影响

采用电子束物理气相沉积 ( EB- PVD)方法在 DZ2 2合金基体上沉积制得了由 Ni Co Cr Al Y粘结层和 YSZ( Yt-tria Stabilized Zirconia)陶瓷顶层组成的双层结构的热障涂层。研究了 Ni Co Cr Al Y粘结层表面的喷丸强化处理对热障涂层的抗氧化性能的影响 ,利用 MTS测试了经等温氧化不同时间后的热障涂层内部的结合强度 ,并采用 SEM和XRD观察和分析了涂层的界面结合以及相组成。结果表明 ,等温氧化后热障涂层内部的结合强度急剧降低 ,在拉伸和剪切应力作用下 ,涂层沿着 TGO ( Thermally Grown Oxide)层内部断裂失效 ,强度为 0 .3 MPa的表面喷丸处理能显著提高热障涂层的抗氧化性能和涂层内部 TGO层的结合强度。

EB-PVD热障涂层对IC10合金力学性能的影响

采用电弧离子镀技术在IC10合金基体上制备NiCrAlYSi粘结层,利用电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术在粘结层上制备YSZ陶瓷面层。研究了YSZ热障涂层对IC10合金拉伸、持久、疲劳性能的影响。结果表明:IC10合金沉积YSZ热障涂层后,980℃/200MPa高温持久寿命与IC10合金相当;900℃高温抗拉强度σb、屈服强度σ0.2、伸长率δ和断面收缩率ψ与基体相比,基本保持不变;室温抗拉强度σb、屈服强度σ0.2与基体相比稍有下降;800℃/447MPa疲劳寿命与基体合金相当。因此,IC10合金沉积TBCs涂层后,对IC10合金力学性能无明显影响,不影响合金的实际使用。

EB-PVD热障涂层对高温合金基体断裂特征影响的研究

采用EB -PVD方法在K3合金上 (包括铸态和经标准热处理两种状态 )沉积了由NiCoCrAlY金属粘结层和YSZ涂层顶层组成的双层结构的热障涂层 .对未涂层和涂层试样的拉伸性能进行了评估 ,并分析了涂层的制备和中间处理过程中基体的微观结构的变化 .结果表明 ,在热障涂层的沉积以及中间处理过程中 (真空前处理及后处理 ) ,基体的铸态组织得到改善 ,产生了析出强化 ,使得在铸态K3合金基体上沉积热障涂层后基体的拉伸强度由 80 0MPa提高到 10 5 0MPa 。

EB-PVD制备γ-TiAl基合金薄板的研究

采用一种新型的制备工艺———电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术,成功制备了尺寸为150mm×100mm×0.4mm的-γTiA l基合金薄板,并采用扫描电子显微镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)等测试手段对蒸镀态及热处理态试样的物相组成和断口形貌等进行分析。结果表明,蒸镀态-γTiA l基合金薄板由γ相、α2相和τ相组成,表面质量良好,内部自然分层,显微组织结构为柱状晶。经1000℃/16h的真空退火处理后,柱状晶转变为等轴晶,τ相消失,α2相含量显著减少,同时有消除分层现象的趋势,材料的断裂方式由沿晶脆性断裂转变为沿晶脆性断裂和韧窝韧性断裂的混合断裂方式。

EB-PVD梯度热障涂层的热循环失效机制

研究了一种新型梯度结构的ＥＢ－ＰＶＤ（电子束物理气相沉积）热障涂层的热循环性能，并分析了涂层的失效机制结果表明，由于ＮＩＣｏＣｒＡｌＹ粘结层以及在粘结层上形成的 ＮｉｓＡｌ薄层发生了选择性氧化，从而在粘结层和梯度过渡层之间形成了一层Ａｌ２Ｏ３层、随着热循环时间增长， Ａｌ２Ｏ３层不断增厚，而且在热循环应力作用下，涂层最终沿Ａｌ２Ｏ３层内部断裂失效．

微叠层结构EB-PVD热障涂层

采用EB-PVD非连续沉积工艺制备了微叠层结构热障涂层,对涂层结构和晶体形貌进行了SEM观察和分析,采用激光脉冲法测定了涂层的热扩散系数,并采用增重法研究了涂层的氧化动力学特征,分析了氧化后的元素扩散情况。结果表明,非连续EB-PVD沉积工艺制备的涂层具有明显的层状特征,常规EB-PVD热障涂层的柱状晶结构被周期性地打破;但在每一层中,柱状晶结构得以保留,且晶粒更加细化。微叠层热障涂层的热扩散系数比常规热障涂层降低20%-30%,涂层热扩散系数的降低主要与层间界面和晶粒的细化减小了声子的平均自由程有关。微叠层结构热障涂层的氧化增重速率明显低于常规试样,遵循典型的抛物线规律,垂直于元素扩散方向的层间界面和细晶更有效地降低或阻止了O、Al、Ni、Cr等元素的扩散,可能是氧化增重速率较低的主要原因。

电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术研究及应用进展

概述了近几年来快速发展的新兴材料加工工艺技术——电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术的研究及应用现状,着重阐述了电子束物理气相沉积(EB-PVD)过程的主要工艺参数和制备高温合金板材显微组织的形成机理。

EB-PVD热障涂层对激光打孔孔径及热循环后孔径变化影响的研究

在试样上用激光打了不同孔径、不同方向的冷却孔 ,采用电子束物理气相沉积 (EB PVD)的方法在已打孔的试样上涂覆MCrAlY粘接层和ZrO2 陶瓷层 ,观察和计算其孔径大小变化 ;然后对试样进行了热循环处理 ,以比较热循环前后的孔径变化。初步实验结果表明 :激光打孔的入射角 ,对孔径变化影响不大 ;原始孔径增大 ,施以涂层后其相对变化就较小 ,采用EB PVD的方法在已打孔的试样上涂覆ZrO2 陶瓷层后其孔径比原始孔径至少减少了 15 % ;在热循环试验前后 ,绝大部分孔径变化较小 ,而其总趋势是由大变小 ,孔径减少约5

TiAl/NiCoCrAl层板复合材料的EB-PVD制备及组织性能研究

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术,成功制备了尺寸为150mm×100mm×0.4mm的TiAl/NiCoCrAl层板复合材料,并对其物相组成、断口形貌和室温力学性能与TiAl单层材料进行了对比分析。结果表明,在TiAl/NiCoCrAl层板复合材料中,NiCoCrAl层主要由Ni3Al和NiCrCo组成,TiAl层由γ相、α2相和τ相组成且未发现TiAl单层材料中看到的分层现象;TiAl/NiCoCrAl层板复合材料的强度和韧性都要高于TiAl单层材料,其断裂方式由沿晶脆性断裂转变为具有一定延性的穿晶断裂和沿晶断裂的混合断裂方式。TiAl/NiCoCrAl层板复合材料的强化机制主要为细晶弥散强化;该材料的韧化机制主要为裂纹的偏转、微桥接和弯曲增韧。

垂直裂纹对EB-PVD热障涂层热循环失效模式的影响

对电子束物理气相沉积(EB-PVD)双层结构热障涂层在热循环过程中形成的陶瓷层垂直裂纹对涂层失效模式的影响进行了研究.结果表明,陶瓷层表面垂直裂纹出现在热循环初期,但并未造成涂层的早期剥落;随着热循环次数增加,垂直裂纹网格变密.有限元计算表明,垂直裂纹的形成在试样中部产生了类似于试样边缘的剪应力集中效应.经过长时间热循环后,当陶瓷层等轴晶区的强度或者热氧化生长层(TGO)的强度小于边缘效应产生的剪应力对,涂层在试样的中部以垂直裂纹网格形状发生剥落失效.

EB—PVD梯度热障涂层的制备及其热疲劳性能

采用 ＥＢ—ＰＶＤ的方法，连续蒸发按一定组分比混合的 Ａ１＋Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２混合源，在 Ｎｉ基高温合金基体上制备了一种新型结构的热障涂层，ＳＥＭ和ＥＤＳ的观察、分析表明，这种涂层实现了由金属粘结层向陶瓷顶层的微观结构的梯度过渡和化学成分的连续变化．涂层的基本结构为 ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ／ Ｎｉ３Ａｌ／ Ｎｉ３Ａｌ＋Ａｌ２Ｏ３／ Ａｌ２Ｏ３／ Ａｌ２Ｏ３＋ ＺｒＯ２／ ＺｒＯ２这种梯度热障涂层在１０５０℃的抗高温氧化性能优于传统的二层结构的热障涂层经１０５０℃保温３０ ｍｉｎ，迅速冷却至室温的热循环测试３００次后，涂层没有发生剥落。

时效热处理对EB-PVD镍基合金薄板组织与力学性能的影响

采用电子束物理气相沉积方法(EB-PVD)成功制备了直径为1000mm,厚度为0.10～0.13mm的镍基合金薄板。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等测试方法,对时效热处理前后试样形貌、析出相组成、高温拉伸性能进行了研究。结果表明,镍基合金薄板材料时效热处理后,晶粒长大,随时效时间延长,晶粒长大速率明显降低。在时效过程中,有细小碳化物颗粒在晶界析出,衍射花样分析表明,碳化物为FCC结构的(Cr,Fe)23C6。时效热处理后,镍基合金薄板材料高温拉伸性能有了很大提高,延伸率有一定的降低。

用EB-PVD法制备Ti-Al/Nb层板复合材料的研究

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术,成功制备了0.2mm厚由24层Ti-Al和23层Nb交替叠加而成的Ti-Al/Nb层板复合材料,并采用扫描电子显微镜(SEM)等测试手段,对其物相组成和断口形貌等与Ti-Al单层材料进行了对比分析。结果表明,Ti-Al/Nb层板复合材料的界面明晰,层间距约为8μm;Ti-Al层由γ相和τ相组成,其成分呈梯度变化,且平均成分与原始铸锭的成分偏差较大,但未发现Ti-Al单层材料中看到的分层现象;Ti-Al/Nb层板复合材料具有比Ti-Al单层材料更好的韧性。

EB-PVD热障涂层粘结层/TGO界面性能的研究进展

本文介绍了电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术制备热障涂层的界面失效行为,并在此基础上综述了活性元素对粘结层/热生长氧化物层(TGO)界面性能的作用机制。

EB-PVD及其制备功能涂层的研究进展

介绍了电子束物理气相沉积(EB-PVD)设备的结构、工艺技术特点等,重点介绍了EB-PVD技术在制备各种防护涂层方面所取得的成果及研究进展。

EB-PVD制备的Ni-Cr-Al-Y高温合金箔力学性能

采用一种新型的制备工艺———电子束物理气相沉积(EB PVD),制备厚度为0.2mm的Ni Cr Al Y高温合金箔材,并采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等测试手段研究了Ni Cr Al Y高温合金的微观组织。结果表明,制备态的样品中存在柱状晶,这是由于制备过程中晶粒长大方式所导致的。经过760℃,16h真空热处理后,柱状晶转变为等轴晶,并析出γ′相。拉伸断口的SEM形貌表明,由于柱状晶之间组织疏松,结合较差,制备态样品沿柱状晶晶界发生脆性断裂,而热处理态样品的断口为典型的韧性断口。力学性能的测试结果表明,经过适当的热处理后,Ni Cr Al Y高温合金的室温和高温力学性能同制备态时相比,有明显的改善。在700℃时,热处理态样品抗拉强度为587.6MPa,应变为11.3%。

EB-PVD法制备微层材料的研究

简要介绍了用于电子束物理气相沉积的设备及其发展,阐述了利用该技术制备微层材料的优点,同时对制备工艺和相应的材料性能作了详细的介绍,并指出使用电子束物理气相沉积技术制备微层材料具有广阔的发展前景。

EB-PVD热障涂层对IC10合金高温持久性能的影响

采用电弧离子镀技术在IC10合金基体上制备N iCrA lYS i粘结层,采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术在粘结层上制备YSZ陶瓷面层,研究TBCs涂层对IC10合金高温持久性能的影响。结果表明,IC10合金沉积TBCs涂层后,980℃高温持久寿命高于IC10合金,持久塑性略高于基体合金,IC10合金沉积TBCs涂层后,对高温持久性能无不良影响,满足使用要求。

基体温度对TC11钛合金EB-PVD修复层组织及振动疲劳寿命的影响

为了研究温度对修复层性能的影响,采用电子束物理气相沉积（EB-PVD）技术在TC11平板试样上制备了修复层,利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）研究了不同温度下修复层的成分及组织形貌变化,并通过振动疲劳试验等方法研究了温度对修复层振动疲劳寿命的影响。结果表明：在600~800℃进行修复时,修复层为柱状晶组织。修复层的致密性随温度升高而变大,这种变化也会影响修复后试片的振动疲劳性能,修复层柱状晶结构间隙处形成的裂纹源会造成试片疲劳性能的下降。