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热障涂层抗CMAS腐蚀的表面改性研究进展
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作者 韩志勇 赖浩瀚 +1 位作者 张权 严慧羽 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第16期35-50,共16页
近年来,CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(CMAS)的高温腐蚀成为热障涂层(TBCs)失效的重要原因,严重影响航空发动机热端部件的服役安全。表面改性作为提升热障涂层耐CMAS腐蚀性能的重要途径,不仅能够抑制熔融CMAS黏附在涂层表面,还能通过物... 近年来,CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(CMAS)的高温腐蚀成为热障涂层(TBCs)失效的重要原因,严重影响航空发动机热端部件的服役安全。表面改性作为提升热障涂层耐CMAS腐蚀性能的重要途径,不仅能够抑制熔融CMAS黏附在涂层表面,还能通过物理屏障或化学牺牲层的形式来阻挡熔融CMAS的渗入与反应。重点围绕国内外表面改性技术提高热障涂层抗CMAS腐蚀性能方面取得的研究与突破,根据作用机理划分为机械法、物理表面改性、化学表面改性和电化学表面改性四大类,阐述了这4类改性技术的原理与应用,同时归纳了不同表面改性工艺的优缺点。探讨了第一性原理计算与有限元模拟在稀土氧化物掺杂的氧化钇稳定的氧化锆、稀土锆酸盐、稀土钽酸盐和钙钛矿等新型热障涂层陶瓷材料方面的研究进展,以充分了解涂层微观组织结构和界面结构演变,为新型热障涂层的设计研究提供指导。最后,展望了TBCs在高温环境应用以及腐蚀防护的发展方向。 展开更多
关键词 热障涂层 硅酸盐环境沉积物(cmas) 表面改性技术 材料计算与模拟 新型热障涂层陶瓷材料
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PS-PVD制备YSZ热障涂层的CMAS腐蚀行为研究 被引量:1
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作者 严刚 刘伟 +4 位作者 罗俊辉 谷凯凯 李聪 杨丽 周益春 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2023年第17期57-63,共7页
热障涂层(TBCs)广泛应用于先进航空发动机热端部件,有效延长了发动机热端部件的服役寿命,成为先进航空发动机必不可少的热防护材料。但在服役过程中一些大气沉积物CMAS加热后变为熔融体吸附在热障涂层表面,并沿着孔隙和裂纹等缺陷渗透... 热障涂层(TBCs)广泛应用于先进航空发动机热端部件,有效延长了发动机热端部件的服役寿命,成为先进航空发动机必不可少的热防护材料。但在服役过程中一些大气沉积物CMAS加热后变为熔融体吸附在热障涂层表面,并沿着孔隙和裂纹等缺陷渗透至涂层内部,诱导涂层过早失效。采用等离子-物理气相沉积技术(PS-PVD)制备YSZ热障涂层,利用XRD、SEM等表征手段,对不同腐蚀时间的涂层物相成分、微观结构进行了表征。研究结果表明,YSZ涂层在1250℃下经过CMAS腐蚀后发生了相变;随着腐蚀时间的增加,CMAS沉积物会沿着热障涂层类柱状晶间隙渗透至内部,导致涂层结构出现疏松,并且在陶瓷层上部区域出现了类柱状晶断裂现象,涂层宏观表现为部分陶瓷层剥落;腐蚀8 h后陶瓷层部分区域出现了类柱状晶从粘结层上整体剥离;CMAS渗透深度随腐蚀时间的增加不断加大,在腐蚀3 h内其渗透速度相对较快,腐蚀3 h以后其渗透速度会相对变得缓慢。 展开更多
关键词 等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD) 热障涂层(TBCs) cmas腐蚀 渗透速度 失效行为
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等离子喷涂–物理气相沉积7YSZ热障涂层沉积机理及其CMAS腐蚀失效机制 被引量:41
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作者 张小锋 周克崧 +3 位作者 宋进兵 邓春明 牛少鹏 邓子谦 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期287-293,共7页
采用等离子喷涂–物理气相沉积(PS-PVD)以团聚烧结的ZrO2-7wt%Y2O3(7YSZ)为原料,在850℃基体温度下制备了具有柱状结构的热障涂层,并通过场发射–扫描电镜(FE-SEM)分析了柱状涂层的显微结构。此外,基于原子聚集理论研究了PS-PVD中7YSZ... 采用等离子喷涂–物理气相沉积(PS-PVD)以团聚烧结的ZrO2-7wt%Y2O3(7YSZ)为原料,在850℃基体温度下制备了具有柱状结构的热障涂层,并通过场发射–扫描电镜(FE-SEM)分析了柱状涂层的显微结构。此外,基于原子聚集理论研究了PS-PVD中7YSZ气相分子在基体上的形核与生长过程,并分析了高温基体下7YSZ柱状涂层的沉积机理。另外,在1200℃下考察了7YSZ柱状涂层的CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)腐蚀性能并探讨了其失效机制。结果表明,在高温下7YSZ气相分子首先吸附在基体上,通过扩散迁移形成分子团并吸附在基体表面上,然后分子团再与其它吸附分子碰撞结合形成临界晶核,临界晶核捕获其它吸附分子进一步长大形成晶核小岛,此后依次经过岛状、联并、沟道、连续这四个阶段最终形成柱状涂层。高温下CMAS熔融并在毛细管力的作用下沿着柱状涂层孔隙往深度方向渗透并与涂层发生热化学反应使涂层热物性能发生变化,最终在热化学与热机械的相互作用下使涂层内产生平行于表面的横向裂纹,并层离失效。 展开更多
关键词 等离子喷涂–物理气相沉积 沉积机理 cmas腐蚀 腐蚀机制
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CMAS渗入对等离子喷涂YSZ热障涂层形貌的影响 被引量:17
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作者 何箐 刘新基 +3 位作者 柳波 吕玉芬 汪瑞军 王伟平 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期42-48,共7页
研究了等离子喷涂不同结构YSZ涂层在CMAS渗入作用下的形貌演变规律。对带有模拟CMAS沉积物的YSZ涂层进行高温热处理试验,并在低CMAS输送量条件下对YSZ涂层进行冲刷试验,试验后涂层均出现了严重的层间剥离失效。通过试验前后涂层的截面... 研究了等离子喷涂不同结构YSZ涂层在CMAS渗入作用下的形貌演变规律。对带有模拟CMAS沉积物的YSZ涂层进行高温热处理试验,并在低CMAS输送量条件下对YSZ涂层进行冲刷试验,试验后涂层均出现了严重的层间剥离失效。通过试验前后涂层的截面形貌及Raman光谱分析,结果表明:涂层的显微形貌变化主要表现在高温下熔融态CMAS沿涂层表面微裂纹和孔隙渗入内部,引起YSZ陶瓷层孔隙收缩、表层致密化,同时在涂层表面粘附的CMAS耦合作用下,YSZ涂层表层中产生大量横向微裂纹和明显分层;另外,YSZ涂层表层在CMAS中溶解并导致YSZ加速相变失稳也是影响涂层形貌变化和过快失效的因素之一。CMAS沉积层厚度增加时,同等条件下CMAS对涂层失效的影响会加剧。 展开更多
关键词 cmas沉积物 YSZ 热障涂层 失效
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不同结构8YSZ热障涂层对CMAS沉积物的防护作用 被引量:11
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作者 何箐 汪瑞军 +2 位作者 邹晗 由晓明 王伟平 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期86-95,共10页
利用常规等离子喷涂和高能等离子喷涂工艺分别制备了不同结构的8YSZ热障涂层,研究了不同结构涂层在高温退火(1250℃,2h)和燃气热冲击条件(1200℃/900℃)下对CMAS沉积物防护作用。结果表明:提高8YSZ涂层致密度和在其表面制备致... 利用常规等离子喷涂和高能等离子喷涂工艺分别制备了不同结构的8YSZ热障涂层,研究了不同结构涂层在高温退火(1250℃,2h)和燃气热冲击条件(1200℃/900℃)下对CMAS沉积物防护作用。结果表明:提高8YSZ涂层致密度和在其表面制备致密氧化铝封阻层可延缓CMAS沉积物渗入和反应,并提高涂层在CMAS耦合条件下燃气热冲击寿命,在孔隙率12.9%的8YSZ涂层表面制备厚度10~20gm致密氧化铝层,热冲击寿命提高4.4倍。8YSZ涂层致密度提高或表面致密氧化铝薄层制备,可进一步降低涂层表面粗糙度,同时燃气热冲击条件下氧化铝层自身逐层剥离的失效形式,均能减缓CMAS的粘附;1250℃下氧化铝层会溶解进入CMAS提高局部Al含量,从而使CMAS中局部低熔点相向高熔点钙长石相转变,会进一步提高界面稳定性。 展开更多
关键词 cmas沉积物 热障涂层 氧化铝封阻层 防护作用
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一种新型CMAS耦合条件下热障涂层热循环实验方法 被引量:4
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作者 何箐 吴鹏 +2 位作者 屈轶 汪瑞军 王伟平 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期92-98,共7页
提出一种高温度梯度、燃气加热和CMAS(CaO-MgO-Al2O3-SiO2)沉积条件下热障涂层热循环实验方法,并对1200℃下CMAS沉积物对等离子喷涂热障涂层过早失效的影响因素进行讨论和分析。结果表明:无CMAS耦合条件下,热障涂层热循环寿命为573次;C... 提出一种高温度梯度、燃气加热和CMAS(CaO-MgO-Al2O3-SiO2)沉积条件下热障涂层热循环实验方法,并对1200℃下CMAS沉积物对等离子喷涂热障涂层过早失效的影响因素进行讨论和分析。结果表明:无CMAS耦合条件下,热障涂层热循环寿命为573次;CMAS耦合条件下,热障涂层热循环寿命降低至70次。CMAS渗入会导致陶瓷层表层产生致密层和横向微裂纹增多。CMAS耦合条件下,热障涂层的失效以陶瓷层逐层剥离为主。 展开更多
关键词 cmas沉积物 热循环 高温度梯度 热障涂层 失效
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CMAS对DZ40M高温合金及其表面NiCrAlY涂层损伤作用研究
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作者 由晓明 邹晗 何箐 《热喷涂技术》 2020年第2期22-29,10,共9页
CMAS沉积物(CaO-MgO-Al2O3-SiO2,CMAS)已经成为制约航空发动机涡轮叶片热障涂层应用的核心问题,其显著降低热障涂层服役寿命,严重的甚至堵塞叶片气膜冷却孔,导致合金基体烧蚀和失效。本文针对DZ40M钴基高温合金和其表面NiCrAlY涂层,模... CMAS沉积物(CaO-MgO-Al2O3-SiO2,CMAS)已经成为制约航空发动机涡轮叶片热障涂层应用的核心问题,其显著降低热障涂层服役寿命,严重的甚至堵塞叶片气膜冷却孔,导致合金基体烧蚀和失效。本文针对DZ40M钴基高温合金和其表面NiCrAlY涂层,模拟了热障涂层陶瓷层失效后,CMAS沉积物对合金基体和粘结层的腐蚀作用。针对1100℃预氧化10h后的样品,在涂抹相同面密度的CMAS沉积物后,在1100℃、1150℃、1200℃和1250℃条件下保温10h,系统分析了不同温度下CMAS对合金及NiCrAlY涂层表面氧化膜的破坏作用,通过XRD、SEM和EDS等手段,阐明了温度在1150℃以下,CMAS沉积物主要对氧化膜产生粘附及热应力影响,导致冷却过程中的氧化膜剥落;当温度高于1200℃时,CMAS逐步熔融或渗入氧化膜内部,导致氧化膜开裂剥落加速,对金属粘结层和基体的损伤破坏作用加剧。 展开更多
关键词 DZ40M合金 NICRALY涂层 cmas沉积物 腐蚀损伤作用
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镀铝改性对PS-PVD 7YSZ热障涂层抗CMAS腐蚀影响机制 被引量:7
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作者 范佳锋 张小锋 +5 位作者 周克崧 刘敏 邓畅光 邓春明 牛少鹏 邓子谦 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期938-946,共9页
采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)方法制备了羽毛柱状结构7YSZ(氧化钇稳定氧化锆,简称YSZ)热障涂层,并对涂层进行了表面镀铝改性研究。在1050℃保温5 min、空冷5 min为一个热循环的条件下,测试了改性前后热障涂层的热循环性能。此外... 采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)方法制备了羽毛柱状结构7YSZ(氧化钇稳定氧化锆,简称YSZ)热障涂层,并对涂层进行了表面镀铝改性研究。在1050℃保温5 min、空冷5 min为一个热循环的条件下,测试了改性前后热障涂层的热循环性能。此外,在1200℃高温下对涂层进行了CMAS (CaO、MgO、Al2O3、SiO2等硅酸铝盐物质的简称)腐蚀实验。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对涂层显微组织、元素分布及物相组成进行了表征。通过研究喷涂态涂层与镀铝改性涂层的CMAS腐蚀行为,分析了涂层腐蚀机制,并阐述了镀铝改性对涂层耐腐蚀的作用机理。结果表明:镀铝改性后的涂层保持较好的热稳定性,经过5200次热循环后未见涂层剥落。喷涂态涂层受CMAS腐蚀后,产生了"波浪"状形变, CMAS完全渗透了7YSZ涂层;而镀铝改性涂层,由于通过Al与ZrO2原位反应,在涂层表面形成有耐腐蚀的α-Al2O3致密层,涂层腐蚀情况得到了显著改善。研究发现,α-Al2O3致密层不仅对涂层形成机械保护,还影响CMAS在涂层上的热化学反应,使得CaO、Al2O3、SiO2三种氧化物在涂层上的渗入受到抑制,但MgO在涂层中的渗透未受到明显影响。此外,本文还建立了以菲克第二定律为核心的数学模型,以评估镀铝改性技术对涂层耐CMAS腐蚀能力的影响。 展开更多
关键词 等离子喷涂-物理气相沉积 7YSZ 镀铝改性 cmas腐蚀
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大气等离子喷涂热障涂层CMAS防护层成分及厚度优化 被引量:6
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作者 楼思余 单萧 赵晓峰 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期208-217,共10页
目的优化热障涂层(TBCs)CMAS(CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2)阻抗层的成分和厚度,使其能有效阻抗CMAS沉积物的腐蚀,并同时与热障涂层有较高的结合力。方法首先利用多孔无压烧结陶瓷块体研究了不同含量Al_2O_3和8YSZ(8wt.%氧化钇稳定氧化锆)均... 目的优化热障涂层(TBCs)CMAS(CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2)阻抗层的成分和厚度,使其能有效阻抗CMAS沉积物的腐蚀,并同时与热障涂层有较高的结合力。方法首先利用多孔无压烧结陶瓷块体研究了不同含量Al_2O_3和8YSZ(8wt.%氧化钇稳定氧化锆)均匀混合后在高温(1250℃)条件下对CMAS沉积物的防护作用。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)以及X射线衍射(XRD)仪,分析研究了CMAS腐蚀层的显微结构、腐蚀深度及反应产物。其次,基于最优成分,利用大气等离子喷涂(APS)制备了具有8YSZ/Al_2O_3陶瓷层的热障涂层。对CMAS腐蚀厚度进行分析测量,提出CMAS阻抗层的厚度。结果 Al_2O_3的添加可以有效地阻碍CMAS的渗入,并且Al_2O_3含量越多,防护效果越好。但是CMAS的渗入深度和氧化铝的添加量呈非线性关系。结合TBC陶瓷层的热学性能和力学性能的要求,本实验中最佳的TBCs复合陶瓷层组分为70wt%8YSZ+30wt%Al_2O_3。基于实验结果,提出YSZ/Al_2O_3复合陶瓷层(50μm)-YSZ陶瓷层(150μm)的双层TBC陶瓷层结构,并综合计算出复合陶瓷层的热膨胀系数为9.93×10-6℃-1以及双层TBC陶瓷层的热导率为2.4 W/(m·K)。最后对Al_2O_3减缓CMAS腐蚀的机理进行了量化分析。结论 YSZ/Al_2O_3复合阻抗层的最优成分为70wt%8YSZ+30wt%Al_2O_3,厚度为50μm,能有效阻碍高温下CMAS腐蚀。 展开更多
关键词 热障涂层 cmas沉积物 氧化铝 氧化钇稳定氧化锆 重结晶 大气等离子喷涂
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Investigation on crystallization behavior between(Sc_(x)Yb_(1−x))O_(1.5)and CMAS:A new insight in the effect of Sc substitution
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作者 Guangheng Zhang Jinyu Shi +1 位作者 Jie Zhang Jingyang Wang 《Journal of Advanced Ceramics》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第6期789-799,共11页
Environmental barrier coatings(EBCs)with thermomechanical robustness against calcium–magnesium–aluminum–silicate(CMAS)deposits are in high demand.The aim of this work was to clarify the influence of Sc^(3+)on the c... Environmental barrier coatings(EBCs)with thermomechanical robustness against calcium–magnesium–aluminum–silicate(CMAS)deposits are in high demand.The aim of this work was to clarify the influence of Sc^(3+)on the crystallization behavior of Yb-based coatings against CMAS deposits.The reaction products of solid solutions with compositions traversing the Sc_(2)O_(3)–Yb_(2)O_(3)system indicate that Sc^(3+)tends to form[BO_(6)]coordination polyhedra in the crystal structure to promote the formation of garnet and diopside,while Yb^(3+)occupies 7-,8-,and 9-coordinate sites to crystallize apatite and silicocarnotite.The transformation of crystalline products from apatite/silicocarnotite to garnet/diopside greatly improves the efficiency of CMAS melt consumption and facilitates the prevention of its further penetration and corrosion.Based on the commonality of cation occupancy in crystallography,an A(CaO+YbO_(1.5))–B(ScO_(1.5)+MgO+AlO_(1.5))–T(SiO_(2))pseudoternary phase diagram is established,which has great potential for describing phase equilibrium in coating-deposit systems and can provide guidance for the compositional design of corrosion-resistant coatings. 展开更多
关键词 crystallization behavior cation partitioning scandium-ytterbium oxide(Sc_(x)Yb_(1−x))O_(1.5)solid solution calcium-magnesium-aluminum-silicate(cmas)deposit pseudoternary phase diagram
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Reaction products of Sm_(2)Zr_(2)O_(7) with calcium-magnesium-aluminum-silicate(CMAS)and their evolution 被引量:7
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作者 Yinghua WANG Zhuang MA +1 位作者 Ling LIU Yanbo LIU 《Journal of Advanced Ceramics》 SCIE CAS CSCD 2021年第6期1389-1397,共9页
During flight,many silicates(sand,dust,debris,fly ash,etc.)are ingested by an engine.They melt at high operating temperatures on the surface of thermal barrier coatings(TBCs)to form calcium-magnesium-aluminum-silicate... During flight,many silicates(sand,dust,debris,fly ash,etc.)are ingested by an engine.They melt at high operating temperatures on the surface of thermal barrier coatings(TBCs)to form calcium-magnesium-aluminum-silicate(CMAS)amorphous settling.CMAS corrodes TBCs and causes many problems,such as composition segregation,degradation,cracking,and disbanding.As a new generation of TBC candidate materials,rare-earth zirconates(such as Sm_(2)Zr_(2)O_(7))have good CMAS resistance properties.The reaction products of Sm_(2)Zr_(2)O_(7) and CMAS and their subsequent changes were studied by the reaction of Sm_(2)Zr_(2)O_(7) and excess CMAS at 1350℃.After 1 h of reaction,Sm_(2)Zr_(2)O_(7) powders were not completely corroded.The reaction products were Sm-apatite and c-Zr0_(2) solid solution.After 4h of reaction,all Sm_(2)Zr_(2)O_(7) powders were completely corroded.After 24 h of reaction,Sm-apatite disappeared,and the c-Zr02 solid solution remained. 展开更多
关键词 Sm_(2)Zr_(2)O_(7)ceramic calcium-magnesium-aluminum-silicate(cmas) reaction product corrosion
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PS-PVD热障涂层柱状结构沉积调控及表面改性 被引量:1
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作者 姚梦晨 黄璐 +1 位作者 刘梅军 杨冠军 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期50-60,共11页
等离子-物理气相沉积(PS-PVD)具有涂层多结构调控的特性,为高隔热、长寿命热障涂层的制备提供可能,是实现未来高性能航空发动机发展的关键技术之一。PS-PVD柱状结构涂层独特的微观结构使其兼具高隔热和热循环寿命长的双重优势,在航空发... 等离子-物理气相沉积(PS-PVD)具有涂层多结构调控的特性,为高隔热、长寿命热障涂层的制备提供可能,是实现未来高性能航空发动机发展的关键技术之一。PS-PVD柱状结构涂层独特的微观结构使其兼具高隔热和热循环寿命长的双重优势,在航空发动机热障涂层领域有着广阔的应用前景。但PS-PVD柱状结构涂层工艺调控是在大量的实验基础上实现的,缺少相关的理论研究,而且高孔隙率的柱状结构涂层面临的CaO-MgO-Al 2O 3-SiO 2(CMAS)腐蚀失效问题仍然限制着涂层的使用。本文从涂层结构特征入手,阐述了沉积单元相态对涂层结构的影响规律,揭示了柱状结构涂层的气相沉积机理。在此基础上分析了涂层结构的工艺影响,并基于涂层材料在射流内的相态转变,从理论层面阐明了工艺参数调控的本质。此外,分析了PS-PVD柱状结构涂层CMAS腐蚀失效机理,阐述了表面镀铝改性对涂层抗CMAS腐蚀性能的影响机制,并对PS-PVD涂层结构调控和性能提升以及PS-PVD技术在环境障涂层和功能薄膜等领域的应用进行了展望。 展开更多
关键词 等离子-物理气相沉积(PS-PVD) 沉积机理 结构调控 表面改性 cmas腐蚀
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热障涂层的CMAS腐蚀失效及对策研究 被引量:12
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作者 亢永霞 白宇 +3 位作者 刘琨 王玉 唐健江 韩志海 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期282-288,共7页
研制具有长寿命、高性能的热障涂层(TBCs)是制造大功率航空发动机、发展新一代超音速战机的一项十分紧迫的任务。由于外来沉积物CaO-Mg O-Al_2O_3-Si O_2(CMAS)渗入涂层而导致TBCs失效的现象越来越受到人们的重视,很多学者对CMAS渗入后... 研制具有长寿命、高性能的热障涂层(TBCs)是制造大功率航空发动机、发展新一代超音速战机的一项十分紧迫的任务。由于外来沉积物CaO-Mg O-Al_2O_3-Si O_2(CMAS)渗入涂层而导致TBCs失效的现象越来越受到人们的重视,很多学者对CMAS渗入后涂层的失效机理进行了大量的研究并尝试了一些缓解CMAS渗入涂层的方法。本文针对当前应用最为广泛的"层状多孔结构"的等离子喷涂涂层及"细长柱晶结构"的电子束辅助物理气相沉积涂层,系统地梳理了近年来国内外学者对TBCs在CMAS渗入条件下的涂层失效机制及缓解CMAS渗入的最新研究成果,为制备高性能的TBCs提供帮助。 展开更多
关键词 热障涂层 cmas 腐蚀 等离子喷涂 电子束辅助物理气相沉积
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EB-PVD热障涂层系统界面应力的理论分析 被引量:6
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作者 周思博 吴敬涛 +1 位作者 邓文亮 岳珠峰 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期189-198,共10页
目的获得热障涂层系统危险界面应力解析解及其变化规律。方法基于弹性理论,推导出能同时考虑氧化物热生长及其形貌、CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)沉积、温度变化、材料参数不匹配的危险界面应力分布的解析解。分别研究热循环中氧化层热生长... 目的获得热障涂层系统危险界面应力解析解及其变化规律。方法基于弹性理论,推导出能同时考虑氧化物热生长及其形貌、CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)沉积、温度变化、材料参数不匹配的危险界面应力分布的解析解。分别研究热循环中氧化层热生长和CMAS沉积对热障涂层界面应力的影响,并从应力演化的角度对危险界面微裂纹的萌生和扩展进行预测。结果理论分析显示,当系统经历24个热循环后,陶瓷层/氧化物层界面波谷应力σv从最初的0增加到301.44MPa。氧化物层/粘结层界面波峰应力σp从最初的617MPa增加到1189.89MPa。当CMAS沉积深度hCMAS从0增加到150μm时,应力σv从170.26MPa增加到443.37 MPa,应力σp从1317.83 MPa减小到1050.17 MPa。结论氧化物热生长可以促使陶瓷层/氧化物层界面波谷和氧化物层/粘结层界面波峰裂纹的萌生和扩展。CMAS沉积将进一步促使陶瓷层/氧化物层界面开裂,然而对氧化物层/粘结层界面的开裂有抑制作用。解析解的计算结果与先前的有限元分析结果和模型试验结果相近,证明了该理论方法计算界面应力的准确性。 展开更多
关键词 热障涂层 TGO生长 cmas沉积 界面应力 弹性理论
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气膜冷却共轭传热性能对CMAS颗粒沉积规律影响研究 被引量:2
15
作者 陈小虎 刘勋 +1 位作者 王玉璋 翁史烈 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2021年第10期1-10,共10页
基于颗粒速度、温度、粘度和组分之间的函数关系以及与壁面的碰撞、反弹、粘附和去除机制,建立了CMAS(CaO-MgO-Al;O;-SiO;)颗粒在涡轮叶片表面沉积的数学模型,研究了不同吹风比0≤M≤2和粒径下气膜冷却共轭传热性能对气膜冷却有效度、C... 基于颗粒速度、温度、粘度和组分之间的函数关系以及与壁面的碰撞、反弹、粘附和去除机制,建立了CMAS(CaO-MgO-Al;O;-SiO;)颗粒在涡轮叶片表面沉积的数学模型,研究了不同吹风比0≤M≤2和粒径下气膜冷却共轭传热性能对气膜冷却有效度、CMAS沉积效率和沉积规律的影响规律。结果表明:当吹风比为0≤M≤2时考虑共轭传热的平均气膜冷却有效度随吹风比非线性增大,M>1.5时气膜孔下游出现明显的对转涡对和冷却剂射流分离;气膜孔出口存在被CMAS堵塞的潜在风险,小吹风比时气膜孔被严重堵塞,大吹风比时气膜孔间以及下游气膜覆盖间隙处形成典型的扇形周期性沉积"犁沟",CMAS沉积效率随吹风比的增大而减小;分析工况下,随着粒径增大沉积效率显著降低,粒径为4μm时沉积效率最大,可达28.5%。 展开更多
关键词 涡轮叶片 cmas沉积 共轭传热 沉积特性
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CMAS环境下PS-PVD 7YSZ涂层的抗热冲击性能及失效机制 被引量:5
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作者 王允良 邓畅光 +1 位作者 詹肇麟 张吉阜 《金属热处理》 CAS CSCD 北大核心 2017年第4期175-179,共5页
采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)工艺制备柱状7YSZ热障涂层,同时在7YSZ涂层表面沉积CMAS熔盐,研究在1250℃高温下,CMAS对柱状PS-PVD 7YSZ涂层抗热冲击性能的影响。采用SEM、EDS、XRD等检测方法分析热障涂层微观结构、元素分布和物... 采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)工艺制备柱状7YSZ热障涂层,同时在7YSZ涂层表面沉积CMAS熔盐,研究在1250℃高温下,CMAS对柱状PS-PVD 7YSZ涂层抗热冲击性能的影响。采用SEM、EDS、XRD等检测方法分析热障涂层微观结构、元素分布和物相组成。结果表明:沉积CMAS熔盐的7YSZ涂层在热循环240次发生层离剥落失效,而未沉积CAMS的涂层无明显剥落,其热循环寿命明显优于沉积CMAS熔盐的7YSZ涂层。在CMAS和循环热冲击的耦合作用下,PS-PVD 7YSZ涂层失效机制为:在热冲击过程中,CMAS熔盐渗入并填充7YSZ涂层,引起渗透区和未渗透区热膨胀系数不均衡,从而产生热不匹配应力;此外,热冲击过程中由于温度梯度的存在也会引起温度梯度热应力,在这两种热应力的耦合作用下,引起涂层内部横向裂纹的产生,并随着热冲击次数的增加,横向裂纹发生扩展,最终导致涂层出现层离剥落失效。 展开更多
关键词 等离子喷涂-物理气相沉积 循环热冲击 cmas 失效
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等离子蒸发沉积热障涂层抗CMAS附着研究进展 被引量:2
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作者 张宝鹏 于新民 +2 位作者 刘伟 霍鹏飞 金鑫 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期3646-3652,共7页
热障涂层是先进航空发动机核心热端部件高压涡轮叶片表面防护的关键技术。随着发动机服役温度的不断提高,一种主要化学成分为CaO-MgO-Al2O3-SiO2(简称CMAS)的环境沉积物对叶片的危害日益严重,不仅堵塞叶片表面气膜冷却孔,降低叶片冷却效... 热障涂层是先进航空发动机核心热端部件高压涡轮叶片表面防护的关键技术。随着发动机服役温度的不断提高,一种主要化学成分为CaO-MgO-Al2O3-SiO2(简称CMAS)的环境沉积物对叶片的危害日益严重,不仅堵塞叶片表面气膜冷却孔,降低叶片冷却效率,而且导致热障涂层早期剥落失效,服役寿命大幅度降低。高温熔融CMAS在涂层表面的附着过程及防护方法是目前热障涂层研究领域的热点和难点。本文针对新型等离子蒸发沉积技术制备的热障涂层,梳理了近年来在热障涂层抗CMAS附着、渗入和腐蚀方面的最新研究成果,指出了涂层抗CMAS侵蚀研究的发展方向。 展开更多
关键词 等离子蒸发沉积 热障涂层 cmas 氧化钇稳定氧化锆 附着
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Effects of yttria content on the CMAS infiltration resistance of yttria stabilized thermal barrier coatings system 被引量:3
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作者 Juan JGomez Chavez Ravisankar Naraparaju +3 位作者 Peter Mechnich Klemens Kelm Uwe Schulz C.V.Ramana 《Journal of Materials Science & Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第8期74-83,共10页
The effects of YO(1.5)doping in yttria-zirconia based thermal barrier coatings(TBCs)against CMAS interaction/infiltration are discussed.The TBCs with an YO(1.5)content ranging from 43–67 mol.%(balance Zr O2)were prod... The effects of YO(1.5)doping in yttria-zirconia based thermal barrier coatings(TBCs)against CMAS interaction/infiltration are discussed.The TBCs with an YO(1.5)content ranging from 43–67 mol.%(balance Zr O2)were produced by electron beam physical vapor deposition(EB-PVD)techniques.The results reveal a trend of higher apatite formation probability with the higher free YO(1.5)available in the yttriazirconia system.Additionally,the infiltration resistance and amount of consumed coating appears to be strongly dependent on the YO(1.5)content in the coating.The thinnest reaction layer and lowest infiltration was found for the highest produced 67 YO(1.5)coating.Complementary XRD experiments with volcanic ash/YO(1.5)powder mixtures with higher yttria contents than in the coatings(80 YO(1.5)and pure YO(1.5))also showed higher apatite formation with respect to increasing yttria content.The threshold composition to promote apatite-based reaction products was found to be around 50 YO(1.5)in zirconia which was proved in the coatings and XRD powder experiments.An YO(1.5)-ZrO2-Fe O-TiO2 bearing zirconolite-type phase was formed as a reaction product for all the coating compositions which implicates that TiO2 in the melt acts as a trigger for zirconolite formation.This phase could be detrimental for CMAS/volcanic ash infiltration resistance since it can be formed alongside with apatite which controls or limits the amount of Y^(3+)available for glass crystallization.The Fe rich garnet phase containing all the possible elements exhibited a slower nucleation compared to apatite and its growth was enhanced with slow cooling rates.The implications of phase stability and heat treatment effects on the reaction products are discussed for tests performed at 1250°C. 展开更多
关键词 cmas Volcanic ash INFILTRATION Electron beam physical vapor deposition Thermal barrier coating
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环境氧化物对EB-PVD热障涂层残余应力的影响
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作者 陈智 贾文斌 +2 位作者 赵凯 黄红梅 方磊 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期875-884,共10页
通过建立EB-PVD涂层的柱状晶模型,系统地研究了CMAS沉积和渗透对残余应力的影响。结果表明:CMAS的沉积和渗透产生了很大的面内、面外拉应力,导致垂直、水平裂纹的萌生;随着裂纹扩展,最终涂层发生剥落和分层失效。该失效主要发生在TC层... 通过建立EB-PVD涂层的柱状晶模型,系统地研究了CMAS沉积和渗透对残余应力的影响。结果表明:CMAS的沉积和渗透产生了很大的面内、面外拉应力,导致垂直、水平裂纹的萌生;随着裂纹扩展,最终涂层发生剥落和分层失效。该失效主要发生在TC层表面下方、CMAS渗透交界处、陶瓷/黏结(TC/BC)界面附近。 展开更多
关键词 电子束物理气相沉积(EB-PVD) 热障涂层(TBC) 残余应力 环境氧化物(cmas) 有限元法 失效模式
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