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℃。

采用交流阻抗谱研究Gd_2O_3-Yb_2O_3共掺杂二氧化锆基热障涂层的高温氧化行为(英文)

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)制备3Gd2O3-3Yb2O3-4Y2O3(摩尔分数,%)共掺杂的二氧化锆(GY-YSZ)基热障涂层(TBCs)。采用交流阻抗谱(IS)并结合扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱和X射线衍射分析仪(XRD),研究GY-YSZ涂层在1050°C的高温氧化行为。交流阻抗谱中不同的电学信号分别反映GY-YSZ晶粒和晶界的信息,采用电路拟合的方法对其进行分析。在氧化过程中GY-YSZ的导电机制发生变化,原因是稳定剂在氧化过程中发生扩散导致了O2-空位和晶格畸变的产生。研究发现,应该选择合适的测试温度评价GY-YSZ晶粒或晶界的氧化行为,其各自的氧化信息与交流阻抗谱中阻抗值的变化相对应。测试氧化过程中晶粒和晶界阻抗值变化的温度分别为200°C和300°C。

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。

TC4钛合金表面激光熔覆法制备Y_2O_3颗粒增强Ni/TiC复合涂层(英文)

采用激光熔覆法在TC4钛合金表面原位制备Y2O3颗粒增强Ni/TiC复合涂层,研究涂层的相组成、微结构、成分分布及性能。结果表明,复合涂层内的微结构和成分在深度方向具有分层现象,这主要是由激光熔覆过程的快速熔凝和冷却过程所致。在激光熔覆过程中,TiC粉末完全熔化并在凝固过程中析出为细小枝晶,这些TiC枝晶的尺寸随着深度的增加而减小,而Y2O3颗粒则分布在整个重熔层中。Y2O3颗粒增强Ni/TiC复合涂层具有较均匀的硬度,其最高值约为HV1380,比基体高4倍以上。由于复合涂层具有高的硬度,钛合金经过激光熔覆后其耐磨性得到大幅度提高。

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。

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。