Y_2O_3-ZrO_2热障涂层热腐蚀产物的生长行为及其相变研究

热腐蚀是热障涂层失效的重要因素之一,目前有关热障涂层热腐蚀形貌的演变规律及机理的研究少有报道。利用大气等离子体喷涂在GH4049合金表面制备了Y_2O_3-ZrO_2热障涂层,进行了不同时间的热腐蚀测试。采用扫描电镜(SEM)对热障涂层热腐蚀前后的表面、截面形貌进行了观察,利用X射线衍射仪(XRD)对涂层热腐蚀前后的成分进行了分析。结果表明:热腐蚀20 h,腐蚀产物为颗粒、块状及短棒状;热腐蚀超过40 h,腐蚀产物呈现束状;热腐蚀后,ZrO_2由四方相向单斜相转变,且随着时间的延长,转变程度增加。

CeO_2-Y_2O_3-ZrO_2热障涂层的组织结构及隔热性能

为获得孔隙率高、隔热性能好的热障涂层CeO2-Y2O3-ZrO2(CYSZ),采用低温超音速火焰喷涂(LT-HVOF)和大气等离子喷涂(APS)工艺在K4169镍基高温合金表面分别沉积NiCoCrAlYTa粘结层和CeO2、Y2O3共同稳定的ZrO2空心粉CYSZ陶瓷层。通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对不同喷涂电流(500,600和700A)制备的CYSZ热障涂层和采用传统Y2O3稳定的ZrO2团聚粉7YSZ为陶瓷面层的热障涂层的组织结构进行观察分析,并测定其隔热性能。结果表明:与传统的7YSZ类似,CYSZ涂层主要组成相为四方t相,涂层呈典型层状结构,但相对于7YSZ,空心粉CYSZ涂层存在更多孔隙和微裂纹;在1 150℃时,随着喷涂电流的增大,隔热性能呈降低趋势,CYSZ涂层隔热性能比传统7YSZ涂层隔热性能好。

Y_2O_3-ZrO_2热障涂层的热腐蚀行为

热障涂层在腐蚀性熔盐中易发生腐蚀,影响其使用的安全性。为此,研究Y_2O_3-ZrO_2热障涂层在900℃下、不同比例Na_2SO_4/V_2O_5混合盐中腐蚀20h的热腐蚀行为。利用扫描电镜观察热障涂层在不同熔盐中的腐蚀形貌。研究表明,在Na_2SO_4盐中,热障涂层未发生腐蚀,随着V_2O_5含量的增加,腐蚀产物由块状向棒状、束状变化;在V_2O_5盐中腐蚀时,腐蚀产物呈颗粒状。经XRD分析及m相定量计算可知,在Na_2SO_4盐中腐蚀,涂层中m相几乎为0,且未检测到腐蚀产物;随着V_2O_5含量的增加,m相含量也相应增加,但增加幅度不大,腐蚀产物均为YVO_4。

8%Y_2O_3-ZrO_2纳米结构热障涂层失效机理研究

采用大气等离子喷涂技术,在高温合金钢表面制备了纳米8%Y_2O_3-ZrO_2热障涂层(YSZ)。跟踪涂层在900℃热震试验的失效过程,使用FESEM,XRD和EDS技术从失效涂层的微观结构,相的稳定性和涂层截面形貌进行分析。结果表明,YSZ涂层随热震次数的增加,陶瓷涂层晶粒明显长大,出现少量t-ZrO_2→m-ZrO_2转化,同时许多热生长氧化物(TGO)在陶瓷层和粘结层交界处生成。

热障涂层用La2O3、Y2O3共掺杂ZrO2陶瓷粉末的制备及其相稳定性

采用反向化学共沉淀法制备了热障涂层用La2O3-Y2O3-ZrO2(LaYSZ)原始复合粉末,将原始粉末团聚造粒和热处理后得到适于等离子喷涂的团聚粉末.采用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、扫描电子显微镜(SEM)、霍尔流速计、X射线衍射(XRD)等方法分别对LaYSZ的化学组成、微观形貌、流动性和松装密度、高温相稳定性进行了研究.结果表明:LaYSZ团聚粉末室温呈四方ZrO2结构,在1150℃热处理2h后为致密的球形或近球形颗粒,粉末流动性较好,适于等离子喷涂.LaYSZ团聚粉末在1300℃热处理100h后仍保持单一的四方ZrO2晶型,而8YSZ中有12mol%的四方相转变为单斜相;LaYSZ在1400℃热处理100h后,单斜相含量为2mol%,而8YSZ中单斜相含量达到47mol%,表明La2O3、Y2O3共掺杂稳定ZrO2较单一Y2O3稳定ZrO2具有更好的高温相稳定性.

C/C-SiC复合材料表面Y_2O_3-ZrO_2-Al_2O_3涂层的涂刷法制备及其抗高温氧化性能

为了提高C/C复合材料的抗高温氧化性能,用包埋法在C/C复合材料表面制备SiC内涂层,再在其上刷涂制备Y2O3-ZrO2-Al2O3多组分涂层,对制备涂层的各种影响因素进行分析,确定最佳制备工艺,并考察了该涂层的组织结构和抗高温氧化性能。结果表明:最佳制备条件为以SiC为内涂层、10%聚乙烯醇(PVA)为分散剂,以Y2O3,ZrO2,Al2O3,Si及C为原料,室温涂覆,升温到1 873 K保温30 min,反复进行5次;该涂层在1 873 K下氧化19 h,失重率仅1.76%,有良好的短期抗高温氧化性能,氧化29 h时失重率为6.23%,涂层可能已破坏失效;涂层的失效是由于其表面形成的孔洞和裂纹不能愈合而导致的。

耐热钢表面等离子喷涂NiCrAlY+(ZrO_2+Y_2O_3)热障涂层性能研究

利用等离子喷涂法在耐热钢1Cr18Ni9Ti基体表面喷涂NiCrAlY+(ZrO2+Y2O3)陶瓷热障涂层,并进行高温隔热性能试验,用XRD、SEM检测了试样的金相组织、结构及形貌,结果表明,陶瓷热障涂层与1Cr18Ni9Ti基体结合紧密;表面陶瓷层经高温氧化后处理后其硬度显著增高;进行850℃高温隔热性能试验,1Cr18Ni9Ti表面热障涂层隔热能力显著提高,达75℃。

NiCoCrAlY-ZrO_2·Y_2O_3涂层在1100℃不同时间的氧化行为

采用电子束、原子束、离子束技术在基体上沉积NiCoCrAlY-ZrO_2·Y_2O_3热障复合涂层,对其进行了1100℃不同时间的等温氧化试验,用扫描电镜和X射线衍射仪对涂层进行观察和分析。结果表明:涂层的氧化行为基本遵循抛物线规律;随着氧化时间的增加,表面陶瓷层厚度逐渐减少;表面发生铬氧化物的富集,同时由于表面钇的偏聚对表面铬氧化物起钉扎作用,从而使含钇的铬氧化物在涂层的抗氧化中起了主要贡献;镍、钴等脆性氧化物发生剥落的同时,导致了铝氧化物的耗损;300 h氧化后陶瓷层与合金层仍具有良好的结合。

机械合金化制备Al-Al_2O_3-ZrO_2-Y_2O_3复合涂层及其性能研究

通过机械合金化在室温下于304不锈钢表面成功制得Al-Al2O3-ZrO2-Y2O3复合涂层。通过相关实验分析了复合涂层的组织形貌、显微硬度及高温氧化性能。结果表明:随着球磨时间的增加,涂层厚度先增加后减小;当球磨时间为8h时,涂层最为致密,平均厚度约为200μm;当球磨时间为14h时,涂层部分剥落,涂层厚度减小。涂层的显微硬度明显高于基体,且从表层到基体呈梯度下降,最高显微硬度值达HV0.1525,为基体硬度的2倍多。Al-Al2O3-ZrO2-Y2O3复合涂层的抗高温氧化性能良好。

热处理对热障涂层材料Y_2O_3部分稳定ZrO_2性能的影响

热障涂层用于燃气轮机的热端部件,可以显著提高其使用温度,延长热端部件的使用寿命,并增大燃气轮机发动机的效率.利用Y2O3和ZrO2为原料,通过固相合成法合成了Y2O3（w（Y2O3）=6%~8%）部分稳定的ZrO2（Y-PSZ）热障涂层陶瓷顶层,并对此陶瓷顶层的微观形貌、相组成进行了研究.同时研究了热处理对热障涂层材料Y-PSZ性能的影响.

双陶瓷层热障涂层3.5%Y_2O_3-La_2(Zr_(0.7)Ce_(0.3))_2O_7/YSZ研究

采用EB-PVD沉积了3.5%Y_2O_3-La_2(Zr_(0.7)Ce_(0.3))_2O_7(3.5YLZ7C3)/YSZ双陶瓷热障涂层,分析了涂层的成分、相结构、组织形貌和热循环氧化性能。研究表明:La_2(Zr_(0.7)Ce_(0.3))_2O_7(LZ7C3)材料中掺杂Y_2O_3能有效地降低涂层中La2O3/Zr O_2/Ce O_2的成分偏差;双陶瓷涂层在1050℃下氧化增重动力学为M=0.1219t1/3,相比抛物线型YSZ涂层的氧化增重曲线,较大减缓了氧化速度;沉积态双陶瓷涂层表面结构(即3.5Y-LZ7C3涂层结构)为烧绿石结构,经过热循环后逐渐分解,出现了萤石结构以及La_2O_3的衍射峰;在1050℃双陶瓷层热循环氧化寿命达768 h。

溶胶-凝胶Al_2O_3-ZrO_2涂层与工程陶瓷的界面结构

采用无机盐先驱体，溶胶－凝胶工艺在氧化铝基工程陶瓷基体上成功制备了Ａｌ２Ｏ３－ＺｒＯ２徐层．扫描电子显微镜、Ｘ射线衍射、二次离子质谱分析表明：涂层完整，晶粒均匀，主要成份为ａ－Ａｌ２Ｏ３和ｔ－ＺｒＯ２；徐层与基体结合紧密，两者存在着明显的元素扩散．

等离子体电解阴极沉积Y_2O_3陶瓷涂层

在Y(NO3)3水溶液中,以Fe25Cr5Al合金为阴极,研究了等离子体电解阴极沉积Y2O3陶瓷涂层的规律。研究发现,当施加的槽电压超过临界值时,阴极发生气膜微弧放电,在合金表面沉积出Y2O3陶瓷涂层。研究了施加槽电压、沉积时间、Y(NO3)3浓度对沉积Y2O3陶瓷涂层的影响。扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分析结果表明,获得的Y2O3陶瓷涂层表面具有熔融的特征,涂层致密与基体结合牢固。探讨了等离子体电解阴极沉积Y2O3涂层的机理。

铌硅化物基超高温合金Si-Y_2O_3共渗涂层的组织及其高温抗氧化性能

采用Si-Y2O3包埋共渗工艺在铌硅化物基超高温合金表面制备Y改性的硅化物涂层,研究其在1250℃的恒温氧化性能.采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)与X射线衍射(XRD)分析Si-Y2O3共渗涂层氧化前后的物相组成和组织变化.结果表明:涂层具有明显分层的结构,由外至内依次为(Nb,X)Si2(X表示Ti,Hf和Cr)外层和(Nb,X)5Si3过渡层,在过渡层与基体之间有不连续分布的细小(Cr,Al)2(Nb,Ti)块状沉淀.EDS分析表明,涂层中的Y分布是不均匀的,(Cr,Al)2(Nb,Ti)相的Y含量为0.94at%左右,而(Nb,X)Si2和(Nb,X)5Si3相的Y含量为0.46at%～0.57at%.经1250℃分别氧化5,10,20,50和100h后,Si-Y2O3共渗涂层保持其原始的相组成,并在其表面形成以TiO2、SiO2和Cr2O3组成的致密混合氧化膜,且与基体结合良好.

射频磁控溅射制备HA(+ZrO_2+Y_2O_3)／Ti6Al4V复合生物活性涂层

采用射频磁控溅射法制备了HA(+ZrO2+Y2O3)／Ti6A14V生物复合涂层．借助于XRD、SEM、FTIR和AFM等对溅射涂层的相组成、微观形貌和界面结合进行了研究,并以模拟体液试验探讨了涂层的生物活性．实验结果表明:磁控溅射的复合涂层呈非晶态,经过退火处理,可以使其转化为晶态;复合涂层的微观表面凹凸不平,并呈现网状结构和较多的孔隙,其孔隙直径约为0．5-2．0μm,孔隙面积占涂层表面积的30％-40％;HA(+ZrO2+Y2O3)／Ti6Al4V复合涂层的界面结合强度随(ZrO2+Y2O3)复合颗粒含量的增大和溅射功率的提高而增强,最高可达59．6MPa．复合涂层在模拟体液中浸泡一段时间后,表面覆盖一层新生物质-含有CO32-的类骨磷灰石,其晶粒非常小,它与自然骨中无机相的结构成分相似,表明复合涂层具有良好的生物活性．

反向共沉淀法制备Y_2O_3-ZrO_2陶瓷粉末

鉴于在ZrO2中加入Y2O3做稳定剂可有效提高ZrO2陶瓷的高温相稳定性,以ZrOCl2.8H2O和YCl3为原料,聚乙二醇(PEG)为分散剂,采用反向共沉淀法制备出Y2O3-ZrO2陶瓷粉末。利用XRD、SEM、DSC-TG、BET和激光粒度衍射对Y2O3-ZrO2粉末进行性能表征。结果表明:Y2O3-ZrO2粉末在800℃煅烧后的平均晶粒尺寸为25.2 nm,采用喷雾干燥得到的粉末球形度好,粒度分布窄;加入适量分散剂能较好地抑制颗粒团聚。

铌硅化物基合金Si-Y_2O_3共渗涂层的组织形成

采用Si-Y2O3包埋共渗工艺在铌硅化物基超高温合金表面制备Y改性的硅化物涂层,共渗温度分别为1050、1150和1250℃,共渗时间分别为5、10、15和20h。利用SEM、EDS和XRD等方法分析涂层的结构、元素分布及相组成,并对涂层形成机理及Y2O3催渗机理进行讨论。结果表明:涂层具有明显分层的结构,由外至内依次为(Nb,X)Si2(X表示Ti、Hf和Cr)外层和(Nb,X)5Si3过渡层,在过渡层与基体之间有一些不连续分布的细小(Cr,Al)2(Nb,Ti)块状沉淀;Y在涂层中的分布不均匀,在(Cr,Al)2(Nb,Ti)相中Y含量为0.94%(摩尔分数)左右,而在(Nb,X)Si2和(Nb,X)5Si3相中则为0.46%～0.57%;随共渗温度升高,Y含量增加显著;而随共渗时间延长,涂层中的Y含量增加较小;渗剂中添加Y2O3不但细化了涂层的组织,而且产生了明显的催渗作用。

等离子喷涂用Y_2O_3稳定ZrO_2空心球形粉末制备技术及涂层性能的研究现状

原始粉末是影响等离子喷涂热障涂层组织结构和性能的主要因素之一。Y_2O_3稳定ZrO_2(Yttria stabilized zirconia,YSZ)空心球形粉末综合了熔融破碎粉末的预合金化效果好和团聚烧结粉末的流动性好的优点。采用该粉末制备的YSZ热障涂层的隔热性能、抗热震性能以及抗烧结性能等均显著提高,是目前综合性能最为优异的热障涂层之一。结合国内外研究情况,文章主要介绍了喷雾干燥法、等离子球化法以及模板法制备等离子喷涂用YSZ空心球形粉末的原理和优缺点;同时,对等离子喷涂过程中YSZ空心球形粉末熔滴的飞行特性、铺展凝固行为以及YSZ空心球形粉末制备涂层组织结构及性能的研究进行了概述;最后,指出了目前研究中存在的问题并对其未来的研究方向进行了展望。

Y_2O_3改性石墨/CaF_2/TiC/镍基合金复合涂层微观组织与摩擦学性能研究

为提高石墨/CaF2/TiC/镍基合金(GCTN)复合涂层的力学性能和摩擦学性能,运用等离子喷涂技术在45钢表面制备了Y2O3改性GCTN复合涂层,研究了Y2O3对复合涂层的微观组织、显微硬度、断裂韧性和摩擦磨损性能的影响。结果表明:Y2O3改性GCTN复合涂层主要由γ?Ni、CrB、Cr7C3、TiC、CaF2和石墨等物相组成。Y2O3在等离子火焰加热作用下与C元素反应生成活性元素Y,Y净化了复合涂层的微观组织,并细化了CrB、Cr3C7等硬质相晶粒,提高了其致密性。当Y2O3质量分数为0.5%时,复合涂层的显微硬度和断裂韧性分别为593.3MPa和6.82MPa·m1/2,比不含Y2O3的复合涂层分别增大了8%和22%,其机理主要是Y2O3细化了CrB、Cr3C7等硬质相晶粒,起到了细化强化作用。由于GCTN-0.5Y2O3复合涂层的显微硬度和断裂韧性显著提高,减少了其黏着磨损和微观断裂磨损,因而GCTN-0.5Y2O3复合涂层的摩擦因数和磨损率最小,分别为0.085和0.39×10-3 mm3/m。

Y_2O_3质点对β—NiAl涂层抗氧化性能的影响

本文用复合电沉积及粉末包装扩散渗铝技术获得了含Y_2O_3、质点的β-NiAl型新涂层,并研究了Y_2O_3、质点及其含量对涂层1100℃的氧化性能的影响。实验证明,Y_2O_3质点的加入有效地降低了涂层的氧化速率,提高了氧化膜的抗剥落能力。实验范围内的Y_2O_3含量对涂层氧化速率的影响并不明显,但通过改变涂层/氧化膜界面处氧化膜的形态可以对氧化膜的粘附性产生影响。向涂层内突出生长的针状氧化膜具有更显著的钉扎作用。复合电沉积层中弥散分布的Y_2O_3质点在渗铝过程中部分产生聚集,在制备出的复合铝化物涂层的基体/涂层界面附近形成了明显的Y_2O_3聚集层,在氧化过程中有效地抑制了涂层的退化。