LZO/8YSZ双陶瓷热障涂层CMAS的腐蚀性能

为探究La2Zr2O7(LZO)涂层服役于CMAS环境中其微观结构、力学性能的变化及封阻渗透的原因,采用大气等离子制备了以Al2O3为基体的LZO/8YSZ双陶瓷热障涂层(TBCs),并辅以8YSZ单陶瓷TBCs作对比。利用XRD、SEM和EDS研究了8YSZ和LZO/8YSZ单双陶瓷TBCs的相结构和微观组织;利用维式硬度计和Image Pro plus软件研究了腐蚀后的涂层硬度及渗透深度。结果表明:1250℃CMAS腐蚀12 h后,LZO/8YSZ双陶瓷TBCs中LZO反应厚度约为57μm;反应层物相以球状ZrO2和棒状Ca2La8(SiO4)6O2为主,并伴有少量Ca Al2Si2O8和Mg Al2O4。而8YSZ单陶瓷TBCs腐蚀深度约为300μm(整个8YSZ层厚),截面变为以球状m-ZrO2为主的疏松结构。腐蚀后8YSZ、LZO反应层硬度均有所增加,但提高的面内刚度未引发反应/未反应层间开裂。LZO陶瓷层作为双陶瓷TBCs牺牲防护层,依靠La同CMAS反应生成致密磷灰石(Ca2La8(SiO4)6O2)的封阻作用,有效减少CMAS渗入,抑制了内部8YSZ的不稳定性。

热喷涂纳米结构La_2Zr_2O_7(LZ)/8YSZ双陶瓷热障涂层

为了满足发动机以及涡轮机越来越高的性能要求,双陶瓷热障涂层逐渐取代单陶瓷层的8YSZ涂层,成为可以长期使用温度高于1 200℃的新型陶瓷涂层。采用等离子喷涂方法制备了La2Zr2O7(LZ)/8YSZ双陶瓷热障涂层,并同时制备了微米结构和纳米结构的单层8YSZ陶瓷涂层作为对比。通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究了粉体喂料和涂层的组织结构。采用对偶拉伸试验法、水淬方法和日本工业标准等研究了涂层的结合强度、隔热效果、热震行为以及高温抗氧化行为。结果表明,与单层的8YSZ陶瓷层相比,双陶瓷型n-LZ/8YSZ涂层的隔热效果提高了35%,热震次数增加了一倍,热氧化失效时间延长了100多小时,具有较佳的隔热效果、抗热震性能以及抗高温氧化性能。

La_(2)Zr_(2)O_(7)-8YSZ热障涂层活塞温度场分析

以车用发动机活塞为研究对象,基于有限元方法建立热障涂层活塞的La_(2)Zr_(2)O_(7)-8YSZ双陶瓷层模型,研究无涂层和双陶瓷层热障涂层活塞的温度场分布,及陶瓷面层与底部陶瓷层厚度对陶瓷层和活塞基体的影响规律。研究结果表明:La_(2)Zr_(2)O_(7)-8YSZ双陶瓷层热障涂层活塞基体最高温度为252℃。陶瓷面层和底部陶瓷层最高温度分别可达417℃和344℃。与无涂层活塞相比,涂层活塞基体温度下降16℃,燃烧室温度显著提高。陶瓷面层厚度及底部陶瓷层厚度分别从100μm增加到300μm,均可导致陶瓷面层温度升高,底部陶瓷层和活塞基体温度下降。

一种长寿命热障涂层——LaMgAl_(11)O_(19)/YSZ双陶瓷层介绍

本文通过固相反应合成LaMgAl11O19热障涂层新材料,用喷雾干燥的方法制备粉末,用等离子喷涂方法制备LaMgAl11O19/YSZ双陶瓷层热障涂层,通过热循环实验测试了涂层的热循环性能,并分析了涂层失效机理。研究结果表明LaMgAl11O19/YSZ双陶瓷层热循环寿命比8YSZ的热循环寿命长得多,是一种非常有应用前景的热障涂层新材料。

发动机用NiCoCrSi层表面爆炸喷涂制备8YSZ陶瓷层的组织与性能分析

为了提高发动机用310S不锈钢的高温氧化性能,首先通过等离子喷涂技术制备NiCoCrSi粘结层,然后采用爆炸喷涂的方式在粘结层表面制备8YSZ陶瓷层,通过试验测试的手段对比NiCoCrSi粘结层和8YSZ陶瓷层的微观组织及1110℃/6 h时的高温氧化性能。研究结果表明:在NiCoCrSi粘结层表面区域形成了许多未熔融或呈现半熔融状态颗粒,粗糙度为7.75μm;在8YSZ陶瓷层表面区域生成了部分半熔融的颗粒,粗糙度为5.26μm。各涂层内均形成了致密的组织结构,没有观察到分层和孔洞。各涂层形成了相近的物相成分,都是由γ-AlNi_(3)与β-AlNi2种物相组成。NiCoCrSi粘结层和8YSZ陶瓷层都形成了相近的质量变化现象,在高温氧化初期20 h内,涂层发生了质量的快速提高。当氧化时间为20~60 h时,氧化增重曲线变得更加缓慢,到50 h时,NiCoCrSi粘结层增量为1.141 mg/cm^(2),8YSZ陶瓷层增重为1.392 mg/cm^(2)。

莫来石晶须增强Al_(2)O_(3)-8YSZ陶瓷涂层的制备和性能

莫来石晶须(3Al_(2)O_(3)·2SiO_(2))由于结晶完美,具有良好的性能,如低的热膨胀和导热性,较高的热稳定性,高的抗蠕变和腐蚀稳定性,以及合适的强度和断裂韧性,使其成为需要耐高温和耐腐蚀性能应用的合适材料.探讨晶须增强Al_(2)O_(3)-8YSZ陶瓷涂层的制备和性能.通过莫来石晶须的增韧作用,提高了陶瓷涂层的硬度,对陶瓷涂层的结构具有明显的改善.

LZO对热障涂层中粘结层氧化的抑制行为研究

为了阐明La2Zr2O7(LZO)对热障涂层(TBCs)中粘结层氧化的抑制作用,利用爆炸喷涂(D-gun)在310S基体上制备NiCoCrAlY粘结层,大气等离子(APS)制备单陶瓷8YSZ涂层和双陶瓷LZO/8YSZ涂层。采用SEM、EDS和XRD表征了不同结构TBCs喷涂态及高温氧化后的微观组织和相结构。结果表明:1100℃下等温氧化(100 h)后双陶瓷LZO/8YSZ与单陶瓷8YSZ热障涂层相对氧化增重分别为2.82和3.13 mg/cm^2,热生长氧化物(TGO)生长速率常数Kp分别为5.79×10^-2和6.26×10^-2μm2/h,厚度分布范围分别为3.75~5.25μm和5~5.5μm。相比单陶瓷TBCs,LZO/8YSZ双陶瓷TBCs中粘结层表现出氧化增重少、TGO生长速率低、粘结层中β相转变慢等明显特征。