高温下APS法制备的YSZ热障涂层的微结构演化规律

发布时间：2020-10-29 21:40

　　热障涂层被广泛地应用在航空发动机上,可以提高合金使用温度,起到延长热端部件使用寿命、提高发动机工作效率的作用。在长期高温服役环境下,热障涂层不可避免会发生失效,陶瓷层由于高温退火各方面性能会发生明显变化,尤其是作为热障涂层最重要的隔热性能和耐应变性能明显降低。陶瓷层和粘结层的界面处由于高温氧化非保护性氧化物的生长内应力大大增加,从而导致裂纹的产生和陶瓷层的剥落。材料的性能取决于材料的组成和微观结构。为了进一步理解热障涂层高温失效机制,对涂层高温下微观结构演变的研究十分必要。本文采用XRD、SEM、TEM等表征方法对大气等离子喷涂的热障涂层原始样品和高温退火样品的微观结构进行了表征,重点关注了高温下陶瓷层结构的演变和陶瓷层与粘结层的界面氧化。主要研究结果如下:第一、采用XRD、SEM、TEM对退火前后样品的陶瓷层的微观结构进行了表征,结果表明,高温退火后陶瓷层基本没有发生相变。随退火时间延长,陶瓷片层内柱状晶的生长使晶粒间形成烧结颈,层内空隙愈合,层间空隙发展为一排孔洞,长时间退火后,陶瓷层的片层结构和柱状晶结构消失。另外,对APS YSZ陶瓷层高温退火后没有观察到“白点”状孔洞现象的原因进行了分析。第二、采用XRD、SEM、TEM对退火前后样品陶瓷层与粘结层界面处的微观结构进行了细致地表征,发现随氧化时间延长,界面处局部区域的TGO由两层结构(上层主要为富Y的氧化物,下层主要为A1203)发展为三层结构(下层为主要为晶粒较大的A12O3层,中层为细晶的Y3A15012层,上层为多孔的NiCr2O4层),再到四层结构(从内到外依次主要为A1203、Y3A15O12层、NiCr2O4层、NiO层)。对本实验中高温氧化后陶瓷层和粘结层界面处TGO的结构层次进行了讨论,并提出了 APS热障涂层中TGO的形成机理,建立了氧化机理模型,分析了 Y对APS热障涂层中YSZ/NiCrAlY界面氧化的影响。
【学位单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG174.4
【部分图文】：

动叶片,使用温度,功能梯度涂层,陶瓷层

１．２热障涂层简介??１．２．１热障涂层的结构与材料??热障涂层主要有双层结构涂层，功能梯度涂层，复合涂层等几种结构，双??层结构涂层的表层为１〇〇－４００哗厚的疏松多孔的陶瓷层，主要作用是隔热、抗??腐蚀和冲蚀。底层为１００ｐｍ左右厚的金属粘结层，主要作用是粘结陶瓷层和合??金基底以及抗高温氧化。双层涂层结构较简单，制备方便，隔热能力强，但由??于该涂层陶瓷和金属热物理性能相差较大，在使用过程中容易脱落，因此，其??抗热震性能还有待提尚。??功能梯度涂层由于材料成分沿厚度方向从基体到表面是连续梯度变化的，??其力学特征和物理参数是连续过渡的，实现了陶瓷层与高温合金的最佳性能匹??配。因此，能有效缓解陶瓷层和合金基底之间的热应力。在实际应用中，一般??采用成分具有梯度变化的多层结构。但功能梯度涂层的制备工艺复杂，成本较??高，使得功能梯度涂层在发动机热端部件上的应用受到限制。??

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１９４０?１９５０?１９６０?１９７０?１９８０?１９９０?２０００?２０１０?２０２０??年份??图１－１不同材料动叶片使用温度极限的发展过程［１１］??１．２热障涂层简介??１．２．１热障涂层的结构与材料??热障涂层主要有双层结构涂层，功能梯度涂层，复合涂层等几种结构，双??层结构涂层的表层为１〇〇－４００哗厚的疏松多孔的陶瓷层，主要作用是隔热、抗??腐蚀和冲蚀。底层为１００ｐｍ左右厚的金属粘结层，主要作用是粘结陶瓷层和合??金基底以及抗高温氧化。双层涂层结构较简单，制备方便，隔热能力强，但由??于该涂层陶瓷和金属热物理性能相差较大，在使用过程中容易脱落，因此，其??抗热震性能还有待提尚。??功能梯度涂层由于材料成分沿厚度方向从基体到表面是连续梯度变化的，??其力学特征和物理参数是连续过渡的，实现了陶瓷层与高温合金的最佳性能匹??配。因此

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