EB-PVD热障涂层等温氧化过程中的界面韧性变化

用压入法测试了电子束物理气相沉积热障涂层在1100℃等温氧化过程中的界面韧性,该热障涂层体系的界面韧性(Гi)在38～45J m2之间。在等温暴露过程中,界面韧性Гi变化较小;但由于TGO增厚引起涂层的弹性应变能(G0)快速增长,使得归一化的界面韧性(Гi G0)随暴露时间而急剧降低,逐渐趋于1。结果表明,粘结层的热生长氧化物(TGO)的增厚是热障涂层失效的一个重要原因。

EB-PVD热障涂层的弹性模量和断裂韧性研究

用压痕法测量EB-PVD热障涂层的弹性模量及断裂韧性。发现热障涂层的Vickers显微硬度和弹性模量随施压载荷增大而减小,当载荷为2.94N时,显微硬度和弹性模量接近稳态值,分别为6.3GPa和172GPa;断裂韧性平均值约为1.81MPa·m1/2。压痕法测得陶瓷层断裂韧性数据波动较大,其主要原因是陶瓷层显微结构不均匀,使压痕裂纹在涂层不同局部区域所遇到的扩展阻力不同。

EB-PVD热障涂层热循环过程中粘结层的氧化和相结构

采用磁控溅射方法在镍基单晶高温合金基体卜沉积 Ｎｉ３０Ｃｒ－１２Ａｌ－０．３１Ｙ（质量分数、％）粘结层，采用电子束物理气相沉积方法（ＥＢ－ＰＶＤ）沉积 ７％Ｙ２Ｏ３（质董分数）－ＺｒＯ２陶瓷顶层 结果表明．在热循环过程中．非平衡相 ｔ’－ＺｒＯ２中的 Ｙ２Ｏ３含量逐渐减少，ｔ’－ＺｒＯ２相逐渐分解成平衡相 ｔ－ＺｒＯ２（冷却时会转变成单斜相）和立方相 ＺｒＯ２１０５０Ｃ循环 ２００次，粘结层氧化物（Ａｌ２Ｏ３）厚度约为３ｕｍ，表明ＮｉＣｒ－Ａｌ－Ｙ适宜作粘结层 继续热循环，陶瓷层中出现单斜相，粘结层中Ａｌ贫化，氧化层中出现ＮｉＯ 及尖晶石等，引起应力集中．导致涂层失效．

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。

EB-PVD热障涂层的热循环失效机理

采用电子束物理气相沉积方法 (EB- PVD)在 Ni Cr Al Y粘结层上沉积 Y2 O3部分稳定的 Zr O2 陶瓷层。对样品进行了 10 5 0℃的热循环实验。结果表明 ,沉积态陶瓷层表面比较致密 ,其柱状晶粒簇拥成团 ,晶粒簇间存在间隙。随着热循环不断进行 ,陶瓷层表面变得疏松 ,晶粒簇间距增大 ,相邻较大的间隙互相连接成微裂纹 ,并逐渐横向及纵向扩展。 10 5 0℃循环 2 0 0次 ,粘结层氧化物是均匀连续的一薄层 ,主要由 Al2 O3组成 ;循环 30 0次后 ,出现了 Ni O、尖晶石等氧化物。根据显微结构观察和 EDS、 XRD分析结果 ,提出了 EB- PVD热障涂层热循环的失效机理。

EB-PVD热障涂层高温氧化过程中的显微结构和相分析

采用磁控溅射方法在镍基单晶高温合金基体上沉积NiCrAlY粘结层 ,电子束物理气相沉积方法 (EB -PVD)沉积陶瓷层 (7mass%Y2 O3 -ZrO2 ) .用X -射线衍射 (XRD)、扫描电镜 (SEM )等研究了EB -PVD热障涂层热循环过程中的相变 ,同时观察了样品的形貌变化 .结果表明 ,EB -PVD方法沉积的陶瓷层 ,其柱状晶粒簇拥成团 ,表面比较致密 ,然而晶粒簇间存在间隙 ,允许柱状晶横向伸缩 ,使基体能在相对大的范围内自由膨胀 .经高温氧化后 ,陶瓷层表面变得疏松 ,柱状晶粒簇间距增大 ,随着热循环的继续进行 ,相邻较大的间隙互相连接而形成微裂纹 ,并逐渐横向及纵向扩展 .循环氧化比恒温氧化更易于产生显微裂纹 .10 5 0℃热循环过程中 ,ZrO2 正方相的c/a轴比值逐渐增加 ,Y2 O3 含量逐渐减少 ,非平衡正方相逐渐分解成平衡正方相和立方相 .循环 30 0次后 ,观察到少量从平衡正方相转变而来的单斜相 .

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。

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。

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

粘结层表面预处理对EB-PVD热障涂层循环氧化的影响

研究了在Ni3Al基高温合金基底上采用阴极电弧镀方法制备NiCoCrAlYHf粘结层、电子束物理气相沉积(EB PVD)方法制备Y2O3 ZrO2陶瓷层的热障涂层(TBCs)在1150～30℃之间的热循环氧化行为。通过对热循环过程中热障涂层界面韧性的测试和氧化行为的研究,分析了粘结层表面预处理工艺(喷丸和吹砂)对热障涂层使用寿命的影响。由于喷丸和吹砂会降低热障涂层的界面韧性,同时又促进了热生长氧化物(TGO)的生长,这些预处理工艺不利于提高热障涂层的寿命。

NiCoCrAlYHf/EB-PVD热障涂层的热循环氧化行为

采用电子束物理气相沉积方法(EB PVD)在NiCoCrAlYHf粘结层上沉积YSZ热障层,研究了该热障涂层1100℃的循环氧化行为(每个循环为:1100℃保温30min、空冷5min),分析了粘结层和热生长氧化物的演化过程。结果表明:NiCoCrAlYHf粘结层氧化初期由β NiAl和γ固溶体组成,186次循环氧化后β相完全转变为γ固溶体。NiCoCrAlYHf/EB PVD热障涂层中的热生长氧化物包含Al2O3层和靠近热障层的尖晶石薄层。该热生长氧化物生长速度较快,在粘结层的一些富Hf区域优先生长而呈现出明显的不均匀性;但其具有较大的失效临界热生长氧化物厚度,失效时热生长氧化物均匀处的厚度约为10μm。

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热障涂层的表观压痕尺寸效应

采用Knoop压痕法评价沉积于镍基单晶高温合金基体上的EB-PVD热障涂层的显微硬度。测试结果表明,热障涂层系统的显微硬度存在压痕尺寸效应,即表观显微硬度随施压载荷的增加而显著降低。用弹/塑性模型Knoop压痕能量平衡对表观压痕尺寸效应进行分析,并从实验测试结果分析得出与载荷无关的显微硬度值。

EB-PVD热障涂层TGO中氧化物混合区的形成及其影响

研究了电子束物理气相沉积热障涂层在 115 0～ 30℃之间的循环氧化行为 ;分析了 TGO中 YSZ- Al2 O3混合区的形成过程及其对 TGO的生长与 TBCs失效的影响。 TGO的向外生长和 TBC沉积时形成的 YSZ细晶区是形成 YSZ-Al2 O3混合区的两个重要条件。 YSZ- Al2 O3混合区对 TBCs失效的影响表现在加速

力学载荷条件下EB-PVD热障涂层损伤行为研究

目的研究力学载荷条件下EB-PVD热障涂层的损伤行为。方法采用电子束物理气相沉积工艺(EB-PVD)制备热障涂层(TBCs),利用SEM和体式显微镜对力学性能试验后带涂层试样的断口特征、裂纹形貌和金相组织进行观察,分析热障涂层在拉伸、持久和旋转弯曲疲劳等典型力学载荷条件下的损伤行为。结果在室温拉伸条件下,陶瓷层内先出现垂直于应力轴、沿柱状晶簇扩展的平行环状周向微裂纹,随着拉伸塑变量的增加,局部区域裂纹贯穿粘结层并进入合金基体;900℃高温拉伸条件下裂纹也产生于陶瓷层,但裂纹均钝化于粘结层与陶瓷层的界面,并穿透粘结层。在持久条件下,试样在弹性变形阶段涂层即发生开裂,随后沿着陶瓷层柱状晶簇间扩展,但未扩展至粘结层;在高温高周疲劳条件下,裂纹首先出现在粘结层,随后向基体逐渐扩展,扩展深度较浅,而基体疲劳裂纹在粘结层裂纹末端萌生并倾斜滑移扩展。结论提高粘结层韧性、减少粘结层中裂纹萌生和向基体扩展,是热障涂层材料和工艺优化的有效途径。

EB-PVD热障涂层的结构演变与表面拉曼光谱特性

热障涂层被广泛应用于航空发动机和燃气轮机等高温部件,其破坏机理和无损检测手段是研究中急需解决的问题。采用EB-PVD方法制备了陶瓷层厚度分别为180、120和90μm的3组热障涂层试样,经1 000℃高温氧化0、1、10、50和100h后,用HR800激光显微拉曼光谱仪测得试样表面的拉曼光谱特性,利用扫描电镜(SEM)观测了试样内部裂纹及氧化层(TGO)厚度的演变。研究表明,EB-PVD热障涂层裂纹主要发生在陶瓷层内部及陶瓷层与粘结层的界面处,粘结层和基体界面处产生裂纹的概率相对较小;同等条件下,增大陶瓷层的喷涂厚度,可以减缓氧化层的生长速度,但是会增大陶瓷层表面应力;热障涂层表面残余应力会随着热氧化时间的增加而增大,当表面残余应力减小时表明陶瓷层中有明显的裂纹或脱落产生。

EB-PVD热障涂层热扩散系数测试方法及其影响因素

采用激光脉冲法研究电子束物理气相沉积(EB-PVD)热障涂层热扩散系数的测定,对测定结果进行误差分析,研究试样热处理状况和遮挡层对热扩散系数的影响。结果表明:随着测试温度升高,EB-PVD热障涂层的热扩散系数先减小再增大,但在25～1200℃的测试温度范围内,变化幅度不大;在25℃时测试相对误差为4.6%,其余各温度的相对误差均小于1.5%;热扩散系数的变化与陶瓷材料的本征热导率随温度的变化以及涂层的微结构密切相关;热处理使涂层中产生了垂直于基体表面的微裂纹,部分热流通过微裂纹可直接到达涂层表面,导致热扩散系数增加;喷Au加石墨复合遮挡层的试样其热扩散系数比单一石墨遮挡层试样的低,主要是由于低发射率的Au减弱了辐射对传热的贡献。

钛合金基体EB-PVD热障涂层的制备与初步研究

在TC11钛合金上制备两种以NiCoCrAlY为粘结层,8wt%Y2O3-ZrO2(YSZ)为陶瓷层的热障涂层,粘结层制备技术分别为电子束物理气相沉积(EB-PVD)和超音速火焰喷涂(HVOF),陶瓷层由EB-PVD同炉沉积。两种热障涂层的微结构、显微硬度及热循环测试表明,EB-PVD制备的粘结层均匀致密,上层YSZ组织细密,硬度较高,而HVOF获得的粘结层疏松不均,上层YSZ晶粒粗大,硬度较低;前者有较好的抗热冲击性能,裂纹较分散,防护性能较好,而后者易开裂剥落,裂纹密集,防护性能较差。