稀土改性NiCoCrAlY层对YSZ和LZ/YSZ热障涂层高温性能的影响
发布时间：2020-12-27 17:13
以纳米结构的La2O3、ZrO2、8YSZ粉体为原材料,利用纳米调控技术制备可用于等离子喷涂的粉体材料;利用等离子喷涂技术在304不锈钢基体上分别喷涂含未改性粘结打底层和改性粘结打底层的YSZ和LZ/YSZ两种结构的热障涂层。研究了热障涂层的结合强度和抗氧化行为,并分析稀土改性的粘结打底层对其组织结构的影响。根据涂层氧化不同时间后涂层的截面形貌图及能谱图分析其氧化后的组织结构,进而研究稀土改性粘结打底层对热生长氧化物（TGO）层的影响。结果表明:含改性粘结打底层的双陶瓷型热障涂层La2Zr2O7+8YSZ+mNiCoCrAlY在800℃和900℃下均具有最低的氧化速率,氧化增重速率常数分别为0.04372mg2·cm-4·h-1和0.12406mg2·cm-4·h-1,比含未改性粘结打底层的La2Zr
【文章来源】：热喷涂技术. 2016年04期
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
用于制备热障涂层的粉体喂料形貌
·20·热喷涂技术8卷图7未改性打底层涂层在900℃下氧化10h后截面形貌及其能谱图：(a)涂层的截面形貌；(b)A点的能谱图；(c)B点的能谱图；(d)C点的能谱图Fig.7Sectionimageofunmodifiedbond-coatTBCafter10hourshightemperatureoxidationtestat900℃andcorrespondingEDSresultsofpositionA、BandC2.4.2涂层的截面形貌图7为8YSZ+NiCoCrAlY涂层氧化10h的截面形貌图，该阶段为氧化初期，这一阶段氧化增重曲线呈直线上升，BC层氧供应充足，氧化速度很快，TC/BC界面的金属元素在动力学和热力学条件的影响下，与氧发生反应，在TC/BC界面上会产生Al2O3、Cr2O3和NiO。图7（a）中显示粘结打底层不同部位的能谱图，基体与涂层界面处可见黑色的杂质，A点能谱分析的结果显示，Al、O的含量高，该物质可能为Al2O3。B点的能谱分析结果显示Cr、O的含量较多，生成的物质可能为Cr2O3。这与热力学分析的结果一致，说明Al、Cr等活性元素易发生氧化，优先生成氧化物。C点的能谱分析显示其主要成分与制备的粉体的成分相一致，成分中含有一定的氧，这可能是发生了轻微的氧化。图8为8YSZ+m-NiCoCrAlY涂层的截面形貌图及其能谱图，氧化10h后，涂层的截面形貌与未改性的涂层的截面形貌相似，A点能谱分析显示其氧化物主要为Al2O3，还含有少量的Cr2O3。B点的能谱分析表明粘结打底层仍保持原来的喷涂状态，氧化程度不明显。有研究表明[5]：在稀土改性的粘结打底层中，稀土元素的存在可以阻碍Cr3+向晶界处扩散，因此粘结打底层的氧化形式发生改变，由原来的Cr3+向外扩散转变为O2-向内扩散为主，但O2-向内扩散需要通过已经形成的氧化膜，这导致扩散的几率减小，从而降低氧化速率，生成Cr2
第4期·21·图8改性打底层热障涂层在900℃下氧化10h后截面形貌及其能谱图：(a)涂层的截面形貌；(b)A点的能谱图；(c)B点的能谱图Fig.8Sectionimageofmodifiedbond-coatTBCafter10hourshightemperatureoxidationtestat900℃andcorrespondingEDSresultsofpositionAandB图9改性打底层热障涂层在900℃下氧化30h后截面形貌及其能谱图：(a)涂层的截面形貌；(b)A点的能谱图；(c)B点的能谱图Fig.9Sectionimageofmodifiedbond-coatTBCafter30hourshightemperatureoxidationtestat900℃andcorrespondingEDSresultsofpositionAandB图9为其氧化30h后的截面形貌图，该阶段大致为稳定氧化阶段。随着氧化时间的延长，粘结打底层中的Al元素被不断消耗，直到低于形成Al2O3所需Al元素的临界含量，Al元素的活性显著降低，因此Al2O3的形成受到涂层中氧含量的影响。结合图9（b）中的能谱分析，当氧含量较高时，其可能生成尖晶石类的氧化物；但当氧含量较低时，氧化产物仍然主要为Al2O3。氧化时间延长，TGO层的厚度逐渐增加，当Al2O3层停止增厚时，稳定氧化阶段结束。图10中，氧化100后，基本处于复杂氧化阶段，氧化增重曲线趋于平缓。稀土元素可阻止氧化膜与涂层界面处孔洞的形成，从而增强氧化膜的粘附力，提高涂层抗高温氧化性能。此外，稀土等活性元素与氧元素有很强的亲和力，按照热力学中的分析，稀土元素与氧结合后成为结晶核心，促进Al2O3及Cr2O3形核，从而降低形成Al2O3及Cr2O3临界Al、Cr含量，促进高温氧化过程中涂层表层氧化膜形成[6]。在这个阶段，由于粘结打底层中Al元素的贫化，致使涂层内选择性氧化过程结束，其他金属元素重新参与到高温氧化反应中，之前生成的Al
【参考文献】：
期刊论文
[1]热障涂层材料[J]. 曹学强. 功能材料信息. 2007(05)
[2]活性元素影响MCrAlY涂层氧化性能的研究进展[J]. 宋鹏,陆建生,赵宝禄,W.J.Quadakkers. 材料导报. 2007(07)
[3]CeO2改性的渗铬涂层及氧化性能研究[J]. 朱利敏,彭晓. 腐蚀科学与防护技术. 2005(02)
本文编号：2942148
【文章来源】：热喷涂技术. 2016年04期
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
用于制备热障涂层的粉体喂料形貌
·20·热喷涂技术8卷图7未改性打底层涂层在900℃下氧化10h后截面形貌及其能谱图：(a)涂层的截面形貌；(b)A点的能谱图；(c)B点的能谱图；(d)C点的能谱图Fig.7Sectionimageofunmodifiedbond-coatTBCafter10hourshightemperatureoxidationtestat900℃andcorrespondingEDSresultsofpositionA、BandC2.4.2涂层的截面形貌图7为8YSZ+NiCoCrAlY涂层氧化10h的截面形貌图，该阶段为氧化初期，这一阶段氧化增重曲线呈直线上升，BC层氧供应充足，氧化速度很快，TC/BC界面的金属元素在动力学和热力学条件的影响下，与氧发生反应，在TC/BC界面上会产生Al2O3、Cr2O3和NiO。图7（a）中显示粘结打底层不同部位的能谱图，基体与涂层界面处可见黑色的杂质，A点能谱分析的结果显示，Al、O的含量高，该物质可能为Al2O3。B点的能谱分析结果显示Cr、O的含量较多，生成的物质可能为Cr2O3。这与热力学分析的结果一致，说明Al、Cr等活性元素易发生氧化，优先生成氧化物。C点的能谱分析显示其主要成分与制备的粉体的成分相一致，成分中含有一定的氧，这可能是发生了轻微的氧化。图8为8YSZ+m-NiCoCrAlY涂层的截面形貌图及其能谱图，氧化10h后，涂层的截面形貌与未改性的涂层的截面形貌相似，A点能谱分析显示其氧化物主要为Al2O3，还含有少量的Cr2O3。B点的能谱分析表明粘结打底层仍保持原来的喷涂状态，氧化程度不明显。有研究表明[5]：在稀土改性的粘结打底层中，稀土元素的存在可以阻碍Cr3+向晶界处扩散，因此粘结打底层的氧化形式发生改变，由原来的Cr3+向外扩散转变为O2-向内扩散为主，但O2-向内扩散需要通过已经形成的氧化膜，这导致扩散的几率减小，从而降低氧化速率，生成Cr2
第4期·21·图8改性打底层热障涂层在900℃下氧化10h后截面形貌及其能谱图：(a)涂层的截面形貌；(b)A点的能谱图；(c)B点的能谱图Fig.8Sectionimageofmodifiedbond-coatTBCafter10hourshightemperatureoxidationtestat900℃andcorrespondingEDSresultsofpositionAandB图9改性打底层热障涂层在900℃下氧化30h后截面形貌及其能谱图：(a)涂层的截面形貌；(b)A点的能谱图；(c)B点的能谱图Fig.9Sectionimageofmodifiedbond-coatTBCafter30hourshightemperatureoxidationtestat900℃andcorrespondingEDSresultsofpositionAandB图9为其氧化30h后的截面形貌图，该阶段大致为稳定氧化阶段。随着氧化时间的延长，粘结打底层中的Al元素被不断消耗，直到低于形成Al2O3所需Al元素的临界含量，Al元素的活性显著降低，因此Al2O3的形成受到涂层中氧含量的影响。结合图9（b）中的能谱分析，当氧含量较高时，其可能生成尖晶石类的氧化物；但当氧含量较低时，氧化产物仍然主要为Al2O3。氧化时间延长，TGO层的厚度逐渐增加，当Al2O3层停止增厚时，稳定氧化阶段结束。图10中，氧化100后，基本处于复杂氧化阶段，氧化增重曲线趋于平缓。稀土元素可阻止氧化膜与涂层界面处孔洞的形成，从而增强氧化膜的粘附力，提高涂层抗高温氧化性能。此外，稀土等活性元素与氧元素有很强的亲和力，按照热力学中的分析，稀土元素与氧结合后成为结晶核心，促进Al2O3及Cr2O3形核，从而降低形成Al2O3及Cr2O3临界Al、Cr含量，促进高温氧化过程中涂层表层氧化膜形成[6]。在这个阶段，由于粘结打底层中Al元素的贫化，致使涂层内选择性氧化过程结束，其他金属元素重新参与到高温氧化反应中，之前生成的Al
【参考文献】：
期刊论文
[1]热障涂层材料[J]. 曹学强. 功能材料信息. 2007(05)
[2]活性元素影响MCrAlY涂层氧化性能的研究进展[J]. 宋鹏,陆建生,赵宝禄,W.J.Quadakkers. 材料导报. 2007(07)
[3]CeO2改性的渗铬涂层及氧化性能研究[J]. 朱利敏,彭晓. 腐蚀科学与防护技术. 2005(02)
本文编号：2942148
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