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Influence of the Thermal Barrier Coatings Design on the Oxidation Behavior
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作者 B. Saeedi A. Sabour +1 位作者 A. Ebadi A.M. Khoddami 《Journal of Materials Science & Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2009年第4期499-507,共9页
The properties of two different types of thermal barrier coatings (TBCs) were compared to improve the surface characteristics on high temperature components. These TBCs consisted of a duplex TBC and a five-layered f... The properties of two different types of thermal barrier coatings (TBCs) were compared to improve the surface characteristics on high temperature components. These TBCs consisted of a duplex TBC and a five-layered functionally graded TBC. NiCrAIY bond coats were deposited on a number of Inconel-738LC specimens using high velocity oxy-fuel spraying (HVOF) technique. For duplex coating, a group of these specimens were coated with yttria stabilized zirconia (YSZ) using plasma spray technique. Functionally graded NiCrAIY/YSZ coatings were fabricated by plasma spray using co-injection of the two different powders in a single plasma torch. The amount of zirconia in functionally graded coatings were gradually increased from 30 to 100 vol. pct. Microstructural changes, thermally grown oxide (TGO) layer growth and damage initiation of the coatings were investigated as a function of isothermal oxidation test at 970℃. As a complementary test, the performance of the fabricated coatings by the optimum processing conditions was evaluated as a function of intense thermal cycling test at 1100℃. Also the strength of the adhesive coatings of the substrate was also measured. Microstructural characterization was analyzed by scanning electron microscopy (SEM) and optical microscopy whereas phase analysis and chemical composition changes of the coatings and oxides formed during the tests were studied by XRD (X-ray diffraction) and EDS (energy dispersive spectrometer). The results showed that microstructure and compositions gradually varied in the functionally graded coatings. By comparison of duplex and functionally graded TBCs oxidation behavior (duplex failure after 1700 h and funcitionally graded TECs failure after 2000 h), thermal shock test and adhesion strength of the coatings, the functionally graded TBC had better performance and more durability. 展开更多
关键词 thermal barrier coatings (TBCs) Isothermal oxidation Functionally graded TBC thermally grown oxide Bond strength High velocity oxy-fuel spraying
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镀铝对CoCrNiAlY-YSZ-LaMgAl_(11)O_(19)双陶瓷热障涂层高温抗氧化行为的影响
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作者 解志文 陶浩天 +3 位作者 刘天新 陈永君 胡素影 马北一 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第4期58-63,共6页
采用电弧离子镀(AIP)技术在CoCrNiAlY-YSZ-LaMA双陶瓷涂层表面沉积一层Al镀层,利用XRD、SEM和EDS等微尺度分析表征方法,全面解析涂层在大气暴露过程中的高温氧化行为。研究结果表明,未镀铝LaMA层在氧化过程中发生严重体积收缩,导致纵向... 采用电弧离子镀(AIP)技术在CoCrNiAlY-YSZ-LaMA双陶瓷涂层表面沉积一层Al镀层,利用XRD、SEM和EDS等微尺度分析表征方法,全面解析涂层在大气暴露过程中的高温氧化行为。研究结果表明,未镀铝LaMA层在氧化过程中发生严重体积收缩,导致纵向微裂纹萌生和扩展。这些微裂纹成为氧气向内部扩散的通道,导致涂层呈现持续氧化增重趋势、TGO快速生长和严重的元素扩散,并最终加剧涂层断裂失效。但镀铝涂层样品表现出更好的高温抗氧化性能与结构稳定性,高温氧化过程中,表面Al镀层与氧气发生原位反应生成致密Al2O3屏障层,有效阻止或延迟氧气内部渗透,使TGO缓慢生长,其氧化增重从20h时的8.59mg/cm^(2)略微上升到80h时的9.46mg/cm^(2)。本研究结果为双陶瓷热障涂层的延寿设计与界面热生长应力调控开辟出全新技术途径和理论视野。 展开更多
关键词 双陶瓷热障涂层 Al镀层 高温抗氧化性能 热生长氧化物(TGO) 结构稳定性
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Spallation Process of Thermally Grown Oxides by In-Situ CCD Monitoring Technique 被引量:1
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作者 QI Yu-hong Philippe Lours Yannick Le Maoult 《Journal of Iron and Steel Research(International)》 SCIE EI CAS CSCD 2009年第6期90-94,共5页
In cooling process of Fe-Cr-Al alloy oxidized at 1 300 ℃, the effect of cooling speed and exposure time on oxide spalled area fraction and successive variety of the spalled region were studied by investigating evolve... In cooling process of Fe-Cr-Al alloy oxidized at 1 300 ℃, the effect of cooling speed and exposure time on oxide spalled area fraction and successive variety of the spalled region were studied by investigating evolvement of the thermally grown oxide using in-situ CCD monitoring technique. The results showed that oxide spallation can be restrained by controlling cooling speed and the critical temperature drop of spallation initiation which is closely related to the oxide thickness or exposure time, and the spallation process of a little region may be described in more detail as two routes: from the oxide/substrate interface micro-decohesion, micro-buckles, buckle spreading, buckle crack to spallation and from the interface micro-decohesion, micro-buckles, buckle crack and spallation to the residual oxide decohesion and spallation. 展开更多
关键词 in-situ CCD monitoring technique SPALLATION thermally grown oxide Fe-Cr-AI
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激光冲击金属黏结层高温热循环应力演化规律的有限元模拟
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作者 王瑞涵 花银群 +2 位作者 叶云霞 蔡杰 戴峰泽 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期123-134,共12页
目的 探索激光冲击(LSP)对高温热循环(反复升温、保温和降温)过程中热障涂层中的热生长氧化物(TGO)表面及TGO/黏结层(BC)界面应力分布的影响规律。方法 基于真实TGO形貌,建立有限元模型,从应力演化角度分析LSP改性(LSPed)与未改性(Non-L... 目的 探索激光冲击(LSP)对高温热循环(反复升温、保温和降温)过程中热障涂层中的热生长氧化物(TGO)表面及TGO/黏结层(BC)界面应力分布的影响规律。方法 基于真实TGO形貌,建立有限元模型,从应力演化角度分析LSP改性(LSPed)与未改性(Non-LSPed)试样危险区域的失效形式;使用拉曼光谱法(RFS)对氧化后的金属黏结层进行残余应力测试。结果 TGO应力分布随着形貌的起伏呈现相应的起伏变化。TGO表面压应力最大值出现在波峰位置,经10次热循环后LSPed试样TGO表面S11(平行于涂层表面的正应力)压应力最大值大于Non-LSPed试样,经50次热循环后LSPed试样TGO表面压应力最大值远小于Non-LSPed试样;随着热循环次数的增加,2类试样TGO/BC界面S11应力的差别变小。LSPed试样TGO表面S22(垂直于涂层表面的应力)应力随着热循环次数的增加逐渐增大,但S22拉应力小于250 MPa,应力总体偏低。TGO/BC界面S22、S12(平行于涂层表面的剪切应力)应力随循环次数的变化规律基本一致,经10次热循环后,LSPed试样的S22、S12应力均大于Non-LSPed试样;经50次热循环后,2类试样界面的S22、S12应力相差不大。结论 文中构建的TGO应力有限元仿真模型,模拟结果与测试结果吻合。LSP通过调控TGO生长速度,可以有效缓解TGO生长过程中应力的剧烈变化,大幅降低TGO表面S11和S12应力最大值,进而降低TGO表面产生垂直于表面贯穿裂纹和剪切破坏的风险,LSP对TGO表面(TGO/BC界面)应力状态的影响较小。 展开更多
关键词 激光冲击 热循环 热生长氧化物 黏结层 应力分布 有限元仿真
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YZrHf热障涂层的制备及热震性能分析
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作者 洪启 吴鸿燕 +3 位作者 王善林 郭树军 陈玉华 柯黎明 《精密成形工程》 北大核心 2024年第1期87-96,共10页
目的研究喷涂态YZrHf热障涂层的微观组织及其抵抗高温热冲击的性能,探讨高温条件下热生长氧化物(TGO)对陶瓷层的影响。方法采用大气等离子喷涂(APS)技术制备厚度约为300μm的YZrHf热障涂层,并将涂层在950℃下保温15min后进行水冷循环热... 目的研究喷涂态YZrHf热障涂层的微观组织及其抵抗高温热冲击的性能,探讨高温条件下热生长氧化物(TGO)对陶瓷层的影响。方法采用大气等离子喷涂(APS)技术制备厚度约为300μm的YZrHf热障涂层,并将涂层在950℃下保温15min后进行水冷循环热震实验,直至涂层剥落失效,使用SEM、EDS、X射线衍射仪对制备态及热震实验后的热障涂层微观组织进行分析。结果涂层表面粗糙不平且分布有十几到几十微米长度的网状裂纹,这些相互贯通的裂纹为氧气的进入提供了通道。经过101次循环热震实验后,涂层部分区域剥落失效,SEM结果显示,在陶瓷层/黏结层界面处、黏结层内部均出现了热生长氧化物,且在陶瓷层中分布有横向、纵向的贯通性裂纹,而在TGO生长区域,也出现了一些小裂纹,但涂层并未剥落。经测定分析可知,TGO的主要成分为Al_(2)O_(3)、Cr_(2)O_(3)、NiO以及尖晶石氧化物组成的混合物(CSN)。结论热震实验后TGO层中Al元素贫化,Ni、Cr等元素向界面处迁移参与反应,同时尖晶石氧化物以α-Al_(2)O_(3)为基础形成,这些氧化物的存在会产生对陶瓷层的压应力,加速涂层的开裂失效;涂层中掺杂的HfO2能够阻止Al的外扩散,降低氧化层的生长速率。 展开更多
关键词 热障涂层 等离子喷涂 热震性能 显微组织 热生长氧化物TGO
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锆基陶瓷热障涂层的腐蚀研究进展
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作者 韩旭 耿洪滨 +2 位作者 王铀 李仰 张晓东 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第4期89-103,共15页
近年来随着航空与航海工业的迅速发展,具有耐高温、长寿命、耐腐蚀等优势的发动机叶片成为开发新一代航空发动机和涡轮发动机的重要一环。热障涂层(TBCs)作为常用的热防护技术,一方面可为发动机叶片部分金属基底提供隔热保护,使其免受... 近年来随着航空与航海工业的迅速发展,具有耐高温、长寿命、耐腐蚀等优势的发动机叶片成为开发新一代航空发动机和涡轮发动机的重要一环。热障涂层(TBCs)作为常用的热防护技术,一方面可为发动机叶片部分金属基底提供隔热保护,使其免受高温气体的影响;但另一方面,更高的发动机工作温度使得叶片及其表面TBCs遭受严重的环境沉积物腐蚀,造成过早失效,腐蚀类型主要有热腐蚀、CMAS腐蚀、熔盐腐蚀等。腐蚀已成为限制TBCs工作温度和服役寿命的难题,抗腐蚀防护是目前TBCs领域研究的重点。本文首先简述了以氧化钇稳定氧化锆陶瓷(YSZ)为主的热障涂层材料的主要特性,再简述了TBCs的不同腐蚀的反应机理,重点从涂层的微观结构设计、梯度涂层的设计、涂层成分改性及掺杂改性等方面与涂层腐蚀过程之间的影响关系出发,阐述了TBCs改性方法与涂层腐蚀的特点。提出未来涂层改进与防护的几种方法,最后对TBCs的腐蚀防护发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 热障涂层(TBCs) 氧化钇稳定氧化锆陶瓷(YSZ) 腐蚀失效 热生长氧化物(TGO) 改性
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Time of flight improved thermally grown oxide thickness measurement with terahertz spectroscopy
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作者 Zhenghao ZHANG Yi HUANG +6 位作者 Shuncong ZHONG Tingling LIN Yujie ZHONG Qiuming ZENG Walter NSENGIYUMVA Yingjie YU Zhike PENG 《Frontiers of Mechanical Engineering》 SCIE CSCD 2022年第4期205-215,共11页
As a nondestructive testing technique,terahertz time-domain spectroscopy technology is commonly used to measure the thickness of ceramic coat in thermal barrier coatings(TBCs).However,the invisibility of ceramic/therm... As a nondestructive testing technique,terahertz time-domain spectroscopy technology is commonly used to measure the thickness of ceramic coat in thermal barrier coatings(TBCs).However,the invisibility of ceramic/thermally grown oxide(TGO)reflective wave leads to the measurement failure of natural growth TGO whose thickness is below 10μm in TBCs.To detect and monitor TGO in the emergence stage,a time of flight(TOF)improved TGO thickness measurement method is proposed.A simulative investigation on propagation characteristics of terahertz shows the linear relationship between TGO thickness and phase shift of feature wave.The accurate TOF increment could be acquired from wavelet soft threshold and cross-correlation function with negative effect reduction of environmental noise and system oscillation.Thus,the TGO thickness could be obtained efficiently from the TOF increment of the monitor area with different heating times.The averaged error of 1.61μm in experimental results demonstrates the highly accurate and robust measurement of the proposed method,making it attractive for condition monitoring and life prediction of TBCs. 展开更多
关键词 thermal barrier coatings thermally grown oxide terahertz spectroscopy time of flight
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Effect of Supersonic Fine Particles Bombarding on the Service Life of Thermal Barrier Coating 被引量:1
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作者 LIN Xiaoping DONG Yun +3 位作者 WANG Zhiping LIU Shiqiang REN Zhimin DING Kunying 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2011年第5期911-916,共6页
Thermally Grown Oxide(TGO) is a dominating component in controlling the effectiveness of thermal barrier coating.During the growth of TGO,whether we could homogeneously distribute Al atom on the TGO and the intermed... Thermally Grown Oxide(TGO) is a dominating component in controlling the effectiveness of thermal barrier coating.During the growth of TGO,whether we could homogeneously distribute Al atom on the TGO and the intermediate metal layer will be the key factor in forming TGO with continuous,uniform and single-ingredient(Al2O3).In this experiment,we bombarded particles on to the metallic bound layer.We studied the influence of supersonic particle bombardment on the diffusion of Al.We hope to control the growth of TGO by monitoring the diffusion of Al.Thermal barrier coating(TBC),which consists of a NiCoCrAlY bond coat and a ZrO2-8Y2O3(wt.%) topcoat(TC),is fabricated on the nickel-base superalloy by air plasma spray(APS).NiCoCrAlY bond coat is treated by supersonic fine particles bombarding(SFPB).The morphology,oxidation behavior of TBC and phase are characterized by scanning electron microscope(SEM) equipped with an energy dispersive spectromrter(EDS) and X-ray diffractometer(XRD).The influence of supersonic fine particles bombarding technique on the service life of thermal barrier coating is studied.The results show that SFPB technique improves the flaw of excessive surface undulation in the as-sprayed bond coat.A continuous,uniform and single-ingredient(Al2O3) TGO can quickly form in the SFPB TBC during high temperature oxidation process.The thickening of TGO is relatively slow.These will effectively suppress the formation of other non-protective oxides.Therefore,SFPB technique reduces the growth stress level generated by the continuous growth of TGO,and also avoids the stress concentration induced by formation of the large particle spinal oxide.Thermal barrier coating still remains well after 350 thermal cycles.The service life of TBC is improved.The proposed research provides theoretical basis and technical references to further improve and enhance the SFPB technique. 展开更多
关键词 thermal barrier coating stress concentration supersonic fine particles bombarding thermally grown oxide
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Review of Numerical Simulation of TGO Growth in Thermal Barrier Coatings 被引量:1
9
作者 Quan Wen Fulei Jing +2 位作者 Changxian Zhang Shibai Tang Junjie Yang 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2022年第8期361-391,共31页
Thermally grown oxide(TGO)is a critical factor for the service life of thermal barrier coatings(TBC).Numerical simulations of the growth process of TGO have become an effective means of comprehensively understanding t... Thermally grown oxide(TGO)is a critical factor for the service life of thermal barrier coatings(TBC).Numerical simulations of the growth process of TGO have become an effective means of comprehensively understanding the progressive damage of the TBC system.At present,technologies of numerical simulation to TGO growth include two categories:coupled chemical-mechanical methods and mechanical equivalent methods.The former is based on the diffusion analysis of oxidizing elements,which can describe the influence of bond coat(BC)consumption and phase transformation in the growth process of TGO on the mechanical behavior of each layer of TBC,and has high accuracy for the thickness evolution of TGO,but they cannot describe the lateral growth of TGO and the rumpling phenomenon induced.The latter focuses on describing the final stress and strain state after the growth of a specific TGO rather than the complete growth processes of TGO.Based on the measured TGO thickness growth curve,simulations of thickening and lateral growth can be achieved by directly applying anisotropic volumetric strain to oxidized elements and switching elements properties from the BC to the TGO. 展开更多
关键词 thermal grown oxide(TGO) numerical simulation thermal barriers coatings(TBC) finite element method lateral growth
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激光改性YAG/YSZ双陶瓷热障涂层的高温氧化与TGO生长行为 被引量:1
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作者 安国升 李文生 +5 位作者 王智平 冯力 成波 周兰 李子钰 张义 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第4期1178-1192,共15页
以Inconel738合金为基体、NiCoCrAlY为黏接层,采用大气等离子喷涂(APS)技术制备YAG/YSZ双陶瓷热障涂层(TBC),并对YAG层表面进行激光改性,以提高TBC的抗高温氧化性能。通过恒温氧化实验研究喷涂态(AS)与激光改性(LM)TBC的高温氧化及热生... 以Inconel738合金为基体、NiCoCrAlY为黏接层,采用大气等离子喷涂(APS)技术制备YAG/YSZ双陶瓷热障涂层(TBC),并对YAG层表面进行激光改性,以提高TBC的抗高温氧化性能。通过恒温氧化实验研究喷涂态(AS)与激光改性(LM)TBC的高温氧化及热生长氧化物(TGO)的生长行为。结果表明,AS-TBC与LM-TBC的TGO厚度与结构呈现相似变化趋势,即厚度随氧化时间增加而增加,结构则均由单一Al_(2)O_(3)层演变为混合氧化物层在上、Al_(2)O_(3)层在下的双层形貌。基于激光改性对氧气渗透的强烈抑制作用,LM-TBC中混合氧化物出现的时间推迟,在氧化中后期LM-TBC的总体TGO厚度也有所减少。经过相同的氧化时间,LM-TBC中Al_(2)O_(3)厚度在总体TGO厚度中占比始终大于或等于AS-TBC,并且LM-TBC的抛物线氧化速率相比AS-TBC下降了18.42%。因此,YAG/YSZ LM-TBC呈现更优异的高温抗氧化性能与更低的TGO生长速率。 展开更多
关键词 热障涂层 激光改性 双陶瓷层 氧气渗透 热生长氧化物
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双层氧化物生长下热障涂层的界面失效与应力演化 被引量:2
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作者 杜浩 柴怡君 杨雄伟 《航空工程进展》 CSCD 2023年第5期109-119,共11页
在长时高温服役环境下,热障涂层(TBCs)会在内部的陶瓷层(TC)和粘结层(BC)之间生成由Al_(2)O_(3)层和混合性氧化物层(MO)组成的双层热生长氧化物(TGO)。其中,后期生成的MO由于其疏松多孔、脆性大等特点,极易造成涂层内微裂纹的形成和扩展... 在长时高温服役环境下,热障涂层(TBCs)会在内部的陶瓷层(TC)和粘结层(BC)之间生成由Al_(2)O_(3)层和混合性氧化物层(MO)组成的双层热生长氧化物(TGO)。其中,后期生成的MO由于其疏松多孔、脆性大等特点,极易造成涂层内微裂纹的形成和扩展,导致涂层的过早剥落。因此,依据双层TGO生长的扩散—氧化模型,在考虑材料非线性变形行为的基础上,运用生死单元法模拟TBCs内双层TGO异向生长下涂层界面的失效与应力演化过程。结果表明:MO的生长会大幅提升涂层界面的拉伸应力水平,易导致MO/TC界面在高温阶段波峰区域和冷却阶段斜坡中心区域发生破坏及失效;MO/TC界面的失效会引起BC层波峰处更高的拉伸应力,促进冷却阶段Al_(2)O_(3)/BC界面从波峰向波谷的破坏;MO/TC界面失效后,h_(Al_(2)O_(3))/h_(MO)的增加会加速Al_(2)O_(3)/BC界面的破坏。 展开更多
关键词 热障涂层 双层热生长氧化物 界面失效 异向生长
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航空发动机浮动瓦片热障涂层脱落分析
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作者 田伟 张少平 +1 位作者 吴晨 汪庆 《失效分析与预防》 2023年第6期407-411,416,共6页
航空发动机火焰筒浮动瓦片采用等离子喷涂Y_(2)O_(3)-ZrO_(2)热障涂层进行防护,发动机试车后部分浮动瓦片的热障涂层局部区域发生脱落。利用体视显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪等对发生涂层脱落的浮动瓦片表面形貌、显微... 航空发动机火焰筒浮动瓦片采用等离子喷涂Y_(2)O_(3)-ZrO_(2)热障涂层进行防护,发动机试车后部分浮动瓦片的热障涂层局部区域发生脱落。利用体视显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪等对发生涂层脱落的浮动瓦片表面形貌、显微组织、微区成分和相组成进行分析。结果表明:热障涂层主要发生Y_(2)O_(3)-ZrO_(2)面层剥落,裂纹萌生于NiCoCrAlY底层未熔颗粒突起部位所形成的热生长氧化层(TGO)附近,并沿平行于界面的方向扩展。陶瓷面层脱落的原因与金属底层厚度偏薄,金属底层含有超量的未熔颗粒及孔隙,陶瓷面层中含有单斜晶系m相有关,从而导致高温下陶瓷面层中应力过大而开裂、剥离。加强涂层组织结构检验并采用纳米结构团聚型面层喷涂粉末,能够改善热障涂层的工作可靠性。 展开更多
关键词 热障涂层 层脱落 显微组织 未熔颗粒 热生长氧化层
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超音速喷涂粘结层对热障涂层抗氧化性能的影响 被引量:10
13
作者 董允 任志敏 +2 位作者 林晓娉 王志平 丁坤英 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第20期86-91,共6页
采用超音速喷涂工艺在Ni基高温合金GH99上制备NiCoCrAlY粘结层,研究超音速火焰喷涂工艺对热障涂层抗氧化性能的影响。结果表明:等离子喷涂粘结层表面存在着大量的尖角和钩状的突出颗粒,而超音速喷涂粘结层表面较为平整,内部黑色氧化物... 采用超音速喷涂工艺在Ni基高温合金GH99上制备NiCoCrAlY粘结层,研究超音速火焰喷涂工艺对热障涂层抗氧化性能的影响。结果表明:等离子喷涂粘结层表面存在着大量的尖角和钩状的突出颗粒,而超音速喷涂粘结层表面较为平整,内部黑色氧化物较少。超音速喷涂涂层在氧化15min后表面生成一层较为致密的颗粒状氧化物。超音速喷涂试样在前40min氧化增重速率快于等离子喷涂试样,此后变得缓慢,而等离子喷涂试样氧化速率依然较高。超音速喷涂的涂层在氧化300h后热生长氧化物(Thermally grown oxide,TGO)出现分层,TGO内层组织致密,TGO外层组织存在大量的孔洞和间隙。超音速喷涂工艺使热生长氧化物瞬态氧化阶段时间缩短,稳态氧化阶段时间延长,减少了氧化缺陷的产生,有效地提高了涂层抗高温氧化性能。 展开更多
关键词 超音速火焰喷涂 热障涂层 高温氧化 热生长氧化物
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DZ466合金热障涂层CoCrAlY黏结层1050℃氧化行为 被引量:9
14
作者 任维鹏 李青 +4 位作者 肖程波 宋尽霞 何利民 黄光宏 曹春晓 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期74-78,83,共6页
采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)法在一种新型定向合金DZ466试样上沉积CoCrAlY黏结层和Y2O3部分稳定的ZrO2(YSZ)陶瓷层,对试样进行1050℃循环氧化实验并研究其氧化行为。采用X射线衍射仪、扫描电镜以及电子探针对涂层进行显微组织分析... 采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)法在一种新型定向合金DZ466试样上沉积CoCrAlY黏结层和Y2O3部分稳定的ZrO2(YSZ)陶瓷层,对试样进行1050℃循环氧化实验并研究其氧化行为。采用X射线衍射仪、扫描电镜以及电子探针对涂层进行显微组织分析。结果表明:在1050℃氧化1500h(热循环31次)后,热障涂层未出现脱落现象。沉积态CoCrAlY黏结层主要由β-CoAl相和γ-Co固溶体相组成;1050℃氧化后,在黏结层与陶瓷层界面生成热生长氧化物(TGO)层,黏结层逐渐发生退化,β-CoAl相逐渐转化为γ-CoNi固溶体;氧化1200h后,TGO/黏结层界面出现由活性元素效应导致的氧化物栓;TGO层皱曲行为导致TGO/陶瓷层界面出现微裂纹,并且该微裂纹沿界面横向扩展。TGO的厚度增长模式符合分段抛物线规律,初期氧化速率常数约为6.1×10-14cm2/s,氧化400h后,氧化速率常数减小,为3.5×10-14cm2/s。 展开更多
关键词 DZ466合金 CoCrAlY 黏结层 热生长氧化物 氧化速率常数
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热障涂层材料性能和失效机理研究进展 被引量:18
15
作者 马维 潘文霞 吴承康 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2003年第4期548-559,共12页
热障涂层材料破坏由大尺度屈曲和层离机制产生,而这些机制又是微裂纹形核、扩展及相互连通结果的积累.由于特殊制备工艺和使用环境,材料性能涉及到许多特殊机制.近半个世纪的研究,人们对其性能有了充分认识.综述近几年的研究结果,内容包... 热障涂层材料破坏由大尺度屈曲和层离机制产生,而这些机制又是微裂纹形核、扩展及相互连通结果的积累.由于特殊制备工艺和使用环境,材料性能涉及到许多特殊机制.近半个世纪的研究,人们对其性能有了充分认识.综述近几年的研究结果,内容包括:热生长氧化现象及其热力学描述;热生长应力与材料失效的联系;材料破坏机理与性能控制参数和材料微组织的联系;微缺陷演化产生的材料屈曲和层离所需的能量释放率;破坏准则、服役寿命预计模型和评价标准等. 展开更多
关键词 热障涂层材料 屈曲 层离 服役寿命 能量释放率 热生长氧化现象 热生长应力 陶瓷氧化物材料
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热障涂层失效的无损检测与评价研究进展 被引量:7
16
作者 赵扬 马志远 +3 位作者 陈建伟 林莉 马健 赵鹏 《河北科技大学学报》 CAS 2013年第6期494-500,共7页
热障涂层作为航空发动机高温部件的关键材料,其质量和性能的无损检测与评价是热障涂层研究领域中急需解决的关键问题。系统回顾了热障涂层无损检测技术与方法的发展历史与研究现状,重点介绍了热障涂层TGO与残余应力的无损检测技术及其... 热障涂层作为航空发动机高温部件的关键材料,其质量和性能的无损检测与评价是热障涂层研究领域中急需解决的关键问题。系统回顾了热障涂层无损检测技术与方法的发展历史与研究现状,重点介绍了热障涂层TGO与残余应力的无损检测技术及其未来的发展方向。 展开更多
关键词 无损检测 热障涂层 TGO 残余应力
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混合氧化物对等离子喷涂热障涂层热循环寿命的影响 被引量:8
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作者 董会 杨冠军 +1 位作者 雒晓涛 李长久 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期21-28,共8页
采用梯度热循环试验与理论模型相结合的方式研究了混合氧化物对热障涂层寿命的影响。喷涂态热障涂层系统由Inconel 738基体、冷喷涂沉积的NiCoCrAlTaY粘结层(BC)及大气等离子喷涂制备的ZrO2+Y2O3(8%)陶瓷层组成。在1 150℃空气气氛条件... 采用梯度热循环试验与理论模型相结合的方式研究了混合氧化物对热障涂层寿命的影响。喷涂态热障涂层系统由Inconel 738基体、冷喷涂沉积的NiCoCrAlTaY粘结层(BC)及大气等离子喷涂制备的ZrO2+Y2O3(8%)陶瓷层组成。在1 150℃空气气氛条件下,经过保温20h制备了含有混合氧化物的涂层。每个热循环包括70s的加热,50s的保温及120s的压缩空气冷却。陶瓷层表面最高温度为1 150℃,此时250μm厚的陶瓷层隔热150℃。结果表明:涂层中存在混合氧化物时,其寿命显著降低,且涂层寿命降低程度与混合氧化物和α-Al2O3生长诱发的YSZ应变量,以及混合氧化物的覆盖率有关。与α-Al2O3相比,较高生长速率的混合氧化物易诱发YSZ产生较高的应变,过早地诱发涂层未结合界面扩展、合并,进而导致涂层快速失效。 展开更多
关键词 热障涂层(TBC) 混合氧化物 热生长氧化物(TGO) 梯度热震
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真空预氧化处理对热障涂层静态氧化行为的影响 被引量:6
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作者 杜仲 王全胜 +1 位作者 柳彦博 李云凯 《航空材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期27-31,共5页
利用超音速火焰喷涂技术在DZ40M合金表面制备了Ni Co Cr Al Y粘结层,采用等离子喷涂技术在粘结层表面制备了陶瓷面层,并对整体热障涂层进行了真空预氧化处理。通过高温静态氧化实验研究了真空预氧化对热障涂层的氧化行为的影响。结果表... 利用超音速火焰喷涂技术在DZ40M合金表面制备了Ni Co Cr Al Y粘结层,采用等离子喷涂技术在粘结层表面制备了陶瓷面层,并对整体热障涂层进行了真空预氧化处理。通过高温静态氧化实验研究了真空预氧化对热障涂层的氧化行为的影响。结果表明:真空预处理可在MCr Al Y粘结层和陶瓷面层的界面处形成连续、致密的α-Al2O3层;在1050℃下氧化800h后,喷涂态涂层TGO中除α-Al2O3外,还生成了大量尖晶石氧化物,而预氧化涂层TGO则以α-Al2O3为主;预氧化处理有效抑制了涂层在高温氧化过程中尖晶石氧化物的形成,从而降低了整体氧化膜的生长速率。 展开更多
关键词 热障涂层 真空预处理 高温氧化 热生长氧化物
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预氧化处理对热障涂层热冲击性能及残余应力的影响 被引量:6
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作者 李亚娟 董允 +1 位作者 王志平 柳士强 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期37-40,115,共4页
采用等离子喷涂工艺在镍基高温合金基体上制备了热障涂层(底层为MCrA-lY,面层为ZrO2+8%Y2O3),通过控制高真空烧结炉的氧分压对涂层进行预氧化处理,分析了预氧化处理对热障涂层热冲击性能和涂层应力状态的影响.结果表明,预氧化处理提高... 采用等离子喷涂工艺在镍基高温合金基体上制备了热障涂层(底层为MCrA-lY,面层为ZrO2+8%Y2O3),通过控制高真空烧结炉的氧分压对涂层进行预氧化处理,分析了预氧化处理对热障涂层热冲击性能和涂层应力状态的影响.结果表明,预氧化处理提高了粘接层的致密度,涂层组织变得均质化,降低了粘结层由于凸起尖角产生复杂应力的概率;有效干预热生长氧化物(TGO)的生长过程,降低了TGO的生长速度;热障涂层残余应力随热冲击次数的增加而增大,但经过预氧化处理的涂层应力增长幅度较缓慢,经过400次热冲击后的残余应力为492.5 MPa,未经过预氧化处理涂层热冲击350次后应力值为650.1 MPa. 展开更多
关键词 预氧化处理 热障涂层 热生长氧化物 残余应力
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热障涂层界面位移非稳定性的有限元模拟 被引量:4
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作者 黄霞 丁军 +1 位作者 周静 曾祥国 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期97-100,共4页
热障涂层界面位移非稳定性是影响整个热障涂层体系失效破坏的关键因素,采用有限元分析软件ABAQUS及其用户子程序UEXPAN和USDFLD相结合的有限元数值方法,对表面缺陷的Fecralloy金属基体界面的位移非稳定性进行了有限元模拟。该数值方法... 热障涂层界面位移非稳定性是影响整个热障涂层体系失效破坏的关键因素,采用有限元分析软件ABAQUS及其用户子程序UEXPAN和USDFLD相结合的有限元数值方法,对表面缺陷的Fecralloy金属基体界面的位移非稳定性进行了有限元模拟。该数值方法基于实验测得的真实TGO厚度,首次模拟了热氧化循环中TGO的生长过程,使得该有限元分析更接近于真实的物理现象,分析结果与实验结果具有很好的吻合性。 展开更多
关键词 热障涂层 高温热氧化物 位移非稳定性 热氧化循环载荷 有限元模拟
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