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)。

表面粗糙度对PS-PVD YSZ陶瓷层性能的影响

采用PS-PVD工艺在预制有NiCoCrAlYTa黏结层的K417G高温合金上制备YSZ陶瓷层;采用万能拉伸试验机、粒子冲刷仪、静态氧化炉等设备测试PS-PVD YSZ陶瓷涂层的结合强度、抗粒子冲刷和抗高温氧化性能;采用SEM和EDS分析涂层表面、截面形貌和元素分布等。结果表明:表面粗糙度对YSZ陶瓷层拉伸结合强度、抗粒子冲刷和抗高温氧化性能的影响很大。随着粗糙度的增大,结合强度先增大而后减小。Ra=0.40μm表面上沉积的YSZ涂层,其结合强度最高,达到23.5 MPa。拉伸断裂发生在涂层内部,并距离黏结层40~70μm的位置。随着表面粗糙度的增大,冲刷速率先减小而后增大,Ra=0.40μm涂层的抗粒子冲刷性能最好,冲刷速率仅为2.8×10^-3 g/g,表面起伏小和孔隙率低是涂层具有良好抗粒子冲刷性能的重要原因。不同表面粗糙度制备的YSZ涂层均能生成致密连续的热生长氧化物(TGO)层。粗糙度大则生长的TGO起伏大,更容易导致局部增厚和应力集中而失效。

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。

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。

YSZ/Al_2O_3/YSZ多层陶瓷叠层制备方法的研究

本文分别采用三种叠层方式制备YSZ/Al2O3/YSZ多层陶瓷,通过实验得出:由于YSZ与Al2O3陶瓷烧结性能的差异,导致YSZ与Al2O3陶瓷叠层共烧时容易分层翘曲,YSZ与Al2O3主要依靠层间的物理啮合作用而结合。通过在流延YSZ层与丝网印刷Al2O3层之间增加印刷YSZ过渡层的叠层方法,可以改善YSZ流延层与Al2O3丝网印刷层之间的结合,而得到结合良好的YSZ/Al2O3/YSZ多层陶瓷共烧结合界面。

表面粗糙度对PS-PVD热障涂层陶瓷层沉积的影响

研究基于等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)工艺的沉积表面的粗糙度对YSZ陶瓷层结构的影响,初步阐明了表面粗糙度对陶瓷层气相沉积过程的影响和涂层结构的形成规律。采用PS-PVD工艺在预制有NiCoCrAlYTa黏结层的K417G高温合金上制备YSZ陶瓷层;采用SEM、粗糙度检测仪、3D表面形貌仪等方法分析PS-PVD YSZ陶瓷涂层的形貌和结构特征。基体表面粗糙度对PS-PVD涂层结构有很大影响。结果表明:当基体表面粗糙度分别为 R a≤2μm, 2μm< R a<6μm, R a≥6μm时,涂层粗糙度分别在3.5~5,6~10,10~15μm区间;特征表面形貌"菜花头"的直径随着基体表面粗糙度的增加而逐渐增大, d P=38.5μm, d 280S =25.5μm, d 60S =38.7μm, d 24S =102μm, d S=137μm。表面粗糙度主要通过PS-PVD气相沉积过程中的阴影效应来影响涂层生长和形成差异性结构,随着基体表面粗糙度的增加,YSZ陶瓷层受阴影效应影响增大,表面形貌"菜花头"尺寸和柱状结构间间隙增大,形成更加疏松的结构。

悬浮液等离子喷涂YSZ/GZ热障涂层的等温氧化性能研究

采用悬浮液等离子喷涂(SPS)分别制备8%氧化钇稳定氧化锆(8%Y_2O_3-ZrO_2,8YSZ)热障涂层和以8YSZ为陶瓷层底层,顶层为GZ(Gadolinium Zirconate)的双陶瓷层热障结构(YSZ/GZ)。在大气环境箱式电阻炉中1150℃下对两种热障涂层进行了10 h、50 h和100 h时长的等温氧化处理,通过对高温氧化前后质量和孔隙率变化分析了两种涂层的抗氧化性和烧结现象,采用扫描电子显微镜和能谱仪观察分析了涂层不同等温氧化时长下的微观组织变化和热生长氧化层(TGO)的元素构成,通过X射线衍射分析了氧化前的相的组成。结果表明:双陶瓷层热障结构具有更好的抗氧化性和高温型,主要归结于GZ晶体结构中存在稳定的弗伦克尔缺陷的氧离子。陶瓷层和粘结层界面的TGO的产生和长大仍是其失效的主要原因。TGO主要由Al和Cr的氧化物组成。烧结现象在等温氧化10 h处,最为明显。

脉冲电子束作用下热障涂层微观结构及热循环性能

利用强流脉冲电子束(HCPEB)技术对大气等离子喷涂(APS)技术制备的热障涂层(TBCs)进行表面处理,探究HCPEB辐照对TBCs微观结构以及热循环性能的影响。热循环实验采用950℃炉温加热并随后水淬。采用X射线衍射,扫描电子显微镜详细分析了辐照前后涂层表面微观结构及相组成。X射线分析结果表明,HCPEB辐照后陶瓷层中单斜相m相含量降低;此外,衍射峰发生宽化及偏移说明伴随有晶粒细化以及残余应力产生。微观结构观察表明,HCPEB辐照后热喷涂缺陷消失,涂层发生重熔,涂层表面粗糙度降低,且重熔层内部有网状垂直微裂纹以及柱状晶产生。热循环实验表明,250次热循环后原始涂层发生整体剥落,涂层失效;而HCPEB辐照后涂层并未出现明显的剥落迹象,仅存在水平裂纹的扩展,涂层的热循环寿命明显提高。

不同粘结层材料的PS-PVD热障涂层热震性能

为探索不同粘结层材料对等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)YSZ陶瓷层的热震性能的影响,采用PS-PVD工艺在DZ40M高温合金上制备了NiCoCrAlYTa和NiCrAlY两种不同的金属粘结层及YSZ陶瓷层,用SEM及XRD等方法表征两种粘结层表面沉积的YSZ陶瓷层的形貌结构、显微硬度及物相,研究了两种涂层的1100℃水淬热震性能及失效模式.结果表明:PS-PVD制备的NiCoCrAlYTa和NiCrAlY两种粘结层均非常致密,陶瓷层均为典型羽毛型柱状结构;NiCoCrAlYTa-7YSZ和NiCrAlY-7YSZ两种羽柱状陶瓷层的孔隙率分别为16.1%和16.5%,显微硬度HV0.025分别为615.8和683.6;陶瓷层的形貌结构及孔隙率、硬度等基本性能,对粘结层成份差异不敏感.1100℃水淬试验结果表明,NiCrAlY-7YSZ涂层的抗热震性能优于NiCoCrAlYTa-7YSZ涂层.失效模式是涂层在频繁的低温-高温热循环中羽柱状陶瓷层内部裂纹萌生和扩展,以及表面花菜头先剥落形成点蚀坑.随着热震次数增加,更多的点蚀坑随机出现并扩大,进而相连后形成大面积剥落区.