悬浮液等离子喷涂YSZ/GZ热障涂层的等温氧化性能研究
发布时间：2021-06-21 13:20
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%Y2O3-ZrO2,8YSZ）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。
【文章来源】：中国陶瓷. 2016,52(03)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
热障图层试样的结构：（aFig.1Thestructureofthermalbarrier
LabStar）对试样进行1150℃高温氧化处理，加热时长分别10h,50h和100h。加热到规定的时间后，实验试样将在炉内冷却到室温。采用重量测量仪（PCEAB-100）对高温氧化前后的TBC试样进行称重。电子扫描显微镜（SEM,HitachimodelTM3000）和能谱仪（EDS,Bruker）被用来分析TBC试样的横截面的微观结构和化学元素的构成。采用XRD（SEIFERT-TT3003）对试样的相结构进行分析，具体参数是1.541的CuKα连续扫描、步长为0.01℃和10s的间隙时间。采用水渗入的方法测量开孔的孔隙率。2.实验数据分析与讨论2.1氧化增重量的变化分析图2的数据分别由四种实验样品组成：基体材料，基体材料上喷涂粘结层，完整的YSZ热障涂层，完整的YSZ/GZ涂层。图2展示了在没有热障涂层的保护下，单独的基质材料由于缺乏保护层很容易被氧化，氧化增重现象比较明显。而喷涂有粘结层的基质材料相对于单独的基质材料有较慢的氧化增重率，因为粘结层中的Al和Cr元素与氧元素反应生成金属氧化物，起到一定的保护作用。YSZ系统有更低的氧化增重相对于上述两者，因为YSZ陶瓷层有较低的热导率，起到很好的隔热效果。YSZ/GZ系统最低，归结于GZ的晶体结构中存在稳定的弗伦克尔缺陷相对于YSZ。同时所有的涂层氧化增重趋势都遵循抛物线规律，在0～10h阶段，氧化增重增长速率较快；在10～100h阶段，氧化增重增长率逐渐趋于缓慢。图2基质、基质/粘结层、YSZ系统、YSZ/GZ系统的等温氧化增重值Fig.2Weightgainofsubstrate,substratewithonlybondcoat,YSZsystem,YSZ/GZsystemafterisothermaloxidation2.2孔隙率的变化分析图3展示等温氧化实验前后的YSZ和YSZ/GZ图3等温氧化时长为10h、50h和100h的YSZ,和YSZ/GZ系统的孔隙率值的变化Fig.3ChangeofporosityvalueofYSZandYSZ/GZsystem
起到一定的保护作用。YSZ系统有更低的氧化增重相对于上述两者，因为YSZ陶瓷层有较低的热导率，起到很好的隔热效果。YSZ/GZ系统最低，归结于GZ的晶体结构中存在稳定的弗伦克尔缺陷相对于YSZ。同时所有的涂层氧化增重趋势都遵循抛物线规律，在0～10h阶段，氧化增重增长速率较快；在10～100h阶段，氧化增重增长率逐渐趋于缓慢。图2基质、基质/粘结层、YSZ系统、YSZ/GZ系统的等温氧化增重值Fig.2Weightgainofsubstrate,substratewithonlybondcoat,YSZsystem,YSZ/GZsystemafterisothermaloxidation2.2孔隙率的变化分析图3展示等温氧化实验前后的YSZ和YSZ/GZ图3等温氧化时长为10h、50h和100h的YSZ,和YSZ/GZ系统的孔隙率值的变化Fig.3ChangeofporosityvalueofYSZandYSZ/GZsystemsafterisothermaloxidationtestfor10h,50hand100h.涂层孔隙率的变化情况。YSZ的初始孔隙率为13.5%，YSZ/GZ的初始孔隙率为17.2%。经过10h等温氧化后，两者的孔隙率降低，因为烧结现象引起晶粒的致密化导致涂层中开孔的闭合。YSZ的孔隙率下降为9.5%，YSZ/GZ的孔隙率下降为13.5%。随着等温氧化时间的增加，烧结现象将导致孔隙率将进一步降低。但是0～10h的过程中，烧结影响十分显著，而50～100h的等温氧化过程中，孔隙率的减少的趋势逐渐趋于平稳。烧结现象能够引起涂层应变公差的损失，导致涂层的失效发生。2.3微观结构分析图4展示了未经高温氧化涂层的电子扫描显微镜（SEM）横截面微观图。从图4中，柱状结构及其孔隙和纵向裂纹能被观察到。这些纵向裂纹可以有效地缓解由于基质材料和陶瓷材料之间的热膨胀的差异，有效地提升涂层的应变公差。从图4a中，可以得出YSZ层的平均厚度为300±10μm，平均纵向裂纹度为16个/mm,平均的柱状宽度为53.62μm。从图4b?
【参考文献】：
硕士论文
[1]热障涂层界面氧化的热力学理论分析[D]. 邹金龙.湘潭大学 2004
本文编号：3240748
【文章来源】：中国陶瓷. 2016,52(03)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
热障图层试样的结构：（aFig.1Thestructureofthermalbarrier
LabStar）对试样进行1150℃高温氧化处理，加热时长分别10h,50h和100h。加热到规定的时间后，实验试样将在炉内冷却到室温。采用重量测量仪（PCEAB-100）对高温氧化前后的TBC试样进行称重。电子扫描显微镜（SEM,HitachimodelTM3000）和能谱仪（EDS,Bruker）被用来分析TBC试样的横截面的微观结构和化学元素的构成。采用XRD（SEIFERT-TT3003）对试样的相结构进行分析，具体参数是1.541的CuKα连续扫描、步长为0.01℃和10s的间隙时间。采用水渗入的方法测量开孔的孔隙率。2.实验数据分析与讨论2.1氧化增重量的变化分析图2的数据分别由四种实验样品组成：基体材料，基体材料上喷涂粘结层，完整的YSZ热障涂层，完整的YSZ/GZ涂层。图2展示了在没有热障涂层的保护下，单独的基质材料由于缺乏保护层很容易被氧化，氧化增重现象比较明显。而喷涂有粘结层的基质材料相对于单独的基质材料有较慢的氧化增重率，因为粘结层中的Al和Cr元素与氧元素反应生成金属氧化物，起到一定的保护作用。YSZ系统有更低的氧化增重相对于上述两者，因为YSZ陶瓷层有较低的热导率，起到很好的隔热效果。YSZ/GZ系统最低，归结于GZ的晶体结构中存在稳定的弗伦克尔缺陷相对于YSZ。同时所有的涂层氧化增重趋势都遵循抛物线规律，在0～10h阶段，氧化增重增长速率较快；在10～100h阶段，氧化增重增长率逐渐趋于缓慢。图2基质、基质/粘结层、YSZ系统、YSZ/GZ系统的等温氧化增重值Fig.2Weightgainofsubstrate,substratewithonlybondcoat,YSZsystem,YSZ/GZsystemafterisothermaloxidation2.2孔隙率的变化分析图3展示等温氧化实验前后的YSZ和YSZ/GZ图3等温氧化时长为10h、50h和100h的YSZ,和YSZ/GZ系统的孔隙率值的变化Fig.3ChangeofporosityvalueofYSZandYSZ/GZsystem
起到一定的保护作用。YSZ系统有更低的氧化增重相对于上述两者，因为YSZ陶瓷层有较低的热导率，起到很好的隔热效果。YSZ/GZ系统最低，归结于GZ的晶体结构中存在稳定的弗伦克尔缺陷相对于YSZ。同时所有的涂层氧化增重趋势都遵循抛物线规律，在0～10h阶段，氧化增重增长速率较快；在10～100h阶段，氧化增重增长率逐渐趋于缓慢。图2基质、基质/粘结层、YSZ系统、YSZ/GZ系统的等温氧化增重值Fig.2Weightgainofsubstrate,substratewithonlybondcoat,YSZsystem,YSZ/GZsystemafterisothermaloxidation2.2孔隙率的变化分析图3展示等温氧化实验前后的YSZ和YSZ/GZ图3等温氧化时长为10h、50h和100h的YSZ,和YSZ/GZ系统的孔隙率值的变化Fig.3ChangeofporosityvalueofYSZandYSZ/GZsystemsafterisothermaloxidationtestfor10h,50hand100h.涂层孔隙率的变化情况。YSZ的初始孔隙率为13.5%，YSZ/GZ的初始孔隙率为17.2%。经过10h等温氧化后，两者的孔隙率降低，因为烧结现象引起晶粒的致密化导致涂层中开孔的闭合。YSZ的孔隙率下降为9.5%，YSZ/GZ的孔隙率下降为13.5%。随着等温氧化时间的增加，烧结现象将导致孔隙率将进一步降低。但是0～10h的过程中，烧结影响十分显著，而50～100h的等温氧化过程中，孔隙率的减少的趋势逐渐趋于平稳。烧结现象能够引起涂层应变公差的损失，导致涂层的失效发生。2.3微观结构分析图4展示了未经高温氧化涂层的电子扫描显微镜（SEM）横截面微观图。从图4中，柱状结构及其孔隙和纵向裂纹能被观察到。这些纵向裂纹可以有效地缓解由于基质材料和陶瓷材料之间的热膨胀的差异，有效地提升涂层的应变公差。从图4a中，可以得出YSZ层的平均厚度为300±10μm，平均纵向裂纹度为16个/mm,平均的柱状宽度为53.62μm。从图4b?
【参考文献】：
硕士论文
[1]热障涂层界面氧化的热力学理论分析[D]. 邹金龙.湘潭大学 2004
本文编号：3240748
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3240748.html
