【摘要】：热障涂层(TBCs)是增加材料高温寿命的表面工程技术之一,而热生长氧化物(TGO)是目前热障涂层产生失效的主要区域,因此研究如何控制TGO的生长是目前研究制备具有优秀性能涂层的主要方向。本文利用电子束蒸镀(EBVD)和强流脉冲电子束(HCPEB)完成热障涂层界面处合金化,改变界面铝分布,实现TGO可控生长,旨在改进热障涂层抗高温氧化性能和抗热震性能。通过等离子喷涂(APS)在高温合金基体表面制备双层热障涂层,结合层材料是CoCrAlY,陶瓷层是YSZ。利用EBVD和HCPEB技术在结合层表层实现铝膜的熔敷,再使用一定的喷砂工艺提升电子束处理后涂层界面结合力。采用高温氧化实验和热震实验来模拟热障涂层服役环境,测试涂层使用性能。通过扫描电镜(SEM)、共聚焦显微镜(LSM)、能谱仪(EDS)和共聚焦拉曼光谱(MRS)对原始热障涂层和多种表面改性技术结合处理的改进涂层进行表征和测试,围绕界面和TGO的生长行为进行研究,探索界面熔敷铝膜工艺下涂层服役性能的变化,建立铝含量变化—热生长氧化物—服役寿命三者之间的关系,给优化热障涂层使用性能的研究建立理论和知识基础。原始热障涂层界面粗糙不平,存在较多尖锐的山峰和沟壑形貌。陶瓷层呈片层结构,其间存在一定孔洞、尖角、夹杂和微裂纹等缺陷;高温氧化过程分三阶段:(1)氧化初期,增重曲线呈直线增长;涂层界面形成较薄且不规则的TGO层,厚度约1.42μm,界面局部陶瓷层产生微裂纹。(2)氧化中期,增重速度明显放缓;TGO厚度约2.21μm,局部TGO开始出现轻微分层,生成灰色的混合氧化物Co2CrO4、Co3O4、CoAl2O4。(3)氧化后期,增重开始加快,曲线斜率升高。TGO厚度约为3.40μm。TGO和陶瓷层界面附近存在大量纵向和横向裂纹。能谱线扫描结果显示结合层一侧存在轻微的贫铝现象,早期形成的TGO为Al_2O_3,中后期形成的TGO里存在较多尖晶石氧化物。涂层热循环200次后,分离区域占总体约10%,局部严重氧化,濒临脱落。界面处残余应力大小约为10.94MPa。利用HCPEB技术界面熔敷铝膜的热障涂层界面相对均匀,孔洞和尖锐界面形貌等消除,形成了离散的微米级胞状体。陶瓷层和结合层结合紧密。改进处理后,氧化过程和原始热障涂层类似。但改进处理后涂层各阶段,氧化速度和增重量均低于原始热障涂层。此外,TGO形貌较为连续致密,相对均匀,未出现较大裂纹和开裂,陶瓷层中存在一定的微裂纹和孔洞;能谱线扫描结果显示,结合层一侧的铝含量相对稳定,未出现贫铝带现象。TGO的组成为单一的Al_2O_3,未出现混合氧化物。涂层热循环200次后,基本处于稳定状态,未呈现明显脱落和剥落现象。涂层界面处应力约7.59MPa。
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG174.4
【参考文献】
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