激光合金化掺杂TiC对等离子喷涂8YSZ热障涂层热腐蚀行为的影响

传统的等离子喷涂热障涂层在高温环境下服役易受熔融腐蚀盐渗透而过早剥落失效,研究激光合金化掺杂自愈合材料TiC对热障涂层热腐蚀行为的影响具有重要意义。采用大气等离子喷涂技术(Atmospheric plasma spray,APS)在Inconel 718镍基高温合金表面制备NiCrAlY粘结层,采用大气等离子喷涂技术在NiCrAlY粘结层上制备8 wt.%氧化钇部分稳定的氧化锆(8 wt.%yttria partially stabilized zirconia,8YSZ)陶瓷层,构建典型双层结构热障涂层体系。采用1 kW光纤耦合激光器将自愈合材料TiC熔于8YSZ热障涂表层,并考察其在900℃下25%NaCl+75%Na_(2)SO_(4)混合熔盐中保温4 h的热腐蚀行为。结果表明,与等离子喷涂涂层相比,激光合金化改性热障涂层表面更加光滑,分布有网状裂纹,且结构致密。等离子喷涂涂层的热腐蚀产物主要是针状颗粒Y_(2)(SO_(4))_(3)和m-ZrO_(2),但仅有较少的热腐蚀盐渗透至激光合金化改性热障涂层内部,其热腐蚀产物为Y_(2)(SO_(4))_(3)和少量的TiO_(2)。激光合金化改性热障涂层的抗热腐蚀性能较等离子喷涂态热障涂层提升55.5%,一方面激光合金化改性层组织致密,可阻止热腐蚀盐渗透至涂层内部,另一方面,激光合金化改性热障涂层表面粗糙度更低,能减少与热腐蚀盐的接触面积。此外,自愈合材料TiC在高温下发生氧化反应引起体积膨胀,实现裂纹的部分自愈合效应,进一步阻止了热腐蚀反应的发生。采用激光表面改性技术将自愈合材料TiC引入热障涂层,激光合金化改性热障涂层不仅具有光滑的表面形貌,还具有致密的微观组织结构;同时自愈合材料TiC在高温环境下的裂纹自愈合效应有助于抑制热腐蚀盐的渗透,最终提高热障涂层的抗热腐蚀性能。

激光合金化改性8YSZ热障涂层的抗热腐蚀性能研究

热障涂层可为航空发动机、燃气轮机中的高温部件提供热防护,但其易受高温熔盐腐蚀而过早失效。激光合金化是一种提高涂层抗熔盐腐蚀性能的有效方法。本团队将TiAl3作为自愈合剂,对8%Y_(2)O_(3)部分稳定的ZrO_(2)(8YSZ)热障涂层进行激光合金化改性。将喷涂态热障涂层和激光合金化改性热障涂层在900℃的75%Na_(2)SO_(4)+25%NaCl熔盐环境下进行4 h热腐蚀试验。结果表明:激光合金化改性热障涂层结构致密且表面分布着网状裂纹,改性层保持亚稳态四方相(t’-ZrO_(2))结构;喷涂态热障涂层在900℃腐蚀4 h后,腐蚀产物为单斜相m-ZrO_(2)和Y_(2)(SO_(4))3,表面有较多的热腐蚀产物;激光合金化涂层在900℃腐蚀4 h后,腐蚀产物为少量m-ZrO_(2)和Y_(2)(SO_(4))3,改性层结构未发生腐蚀破坏,涂层保持着结构完整性;自愈合剂TiAl3在高温下发生氧化反应生成的Al_(2)O_(3)和少量TiO_(2)可以填补裂纹,有助于抑制高温腐蚀盐的渗透,从而提高了涂层的抗热腐蚀性能。