电泳沉积制备YSZ/（Al,Ni）热障涂层的性能研究
发布时间：2021-10-08 20:36
利用电泳沉积技术在Inconel600高温合金基体表面制备热障涂层。涂层经1100℃真空烧结2 h后,利用XRD、SEM、自动划痕机和电化学工作站分析涂层的物相、表面形貌、结合强度和抗氯腐蚀能力。结果表明,YSZ/（Ni,Al）复合涂层经真空烧结后,涂层均匀,比YSZ涂层致密。Al、Ni元素的加入,在界面处形成了一定厚度的过渡区。与YSZ涂层相比,YSZ/（Ni,Al）复合涂层与基体结合强度更高。YSZ/（Ni,Al）涂层的抗氯腐蚀与Ni和Ni3Al有关。
【文章来源】：热加工工艺. 2016,45(20)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
实验流程图
HotWorkingTechnology2016,Vol.45,No.2010μm图3经1100℃下真空烧结2h后不同涂层的表面图像Fig.3Surfaceimagesofdifferentcoatingsaftervacuumsinteringat1100℃for2h涂层，用绝缘胶把试样封住，并在表面留一个直径约为5mm的小孔，再把另外一个面的涂层刮去，引出一条导线作为工作电极，边角裸露部分再用环氧树脂封祝再将制备好的试样放在3.5wt%NaCl溶液的电解池中浸泡5min，此时保持开路电位，使用上海辰华电化学工作站测量开路电位和Tafel曲线，扫描速度是1mV/s，扫描范围为-0.4～0.7V，测试温度为25℃。本次实验采用WS涂层附着力自动划痕仪测试临界载荷，采用声发射信号测量模式，运行方式为动载和单往复，划痕速度为2mm/min，加载速率为20N/min，试验载荷为20N，划痕长度为2mm。3实验结果与讨论3.1形貌及结构分析YSZ涂层、YSZ/(Ni:Al=2:1)和YSZ/(Ni:Al=1:2)复合涂层经过1100℃真空烧结2h后的XRD图谱见图2。可以看出，真空烧结后，YSZ涂层主要由二氧化锆组成(图2(a))。而添加铝和镍的YSZ/(Ni,Al)复合涂层在经过1100℃真空烧结2h后，除了二氧化锆相外，有Ni3Al新相生成(图2(b)和(c))。另外从图2(b)中可以发现，YSZ/(Ni:Al=2:1)复合涂层中含有一定量的单质Ni；YSZ/(Ni:Al=1:2)复合涂层中并没有探测到Ni，可能是因为Ni与Al完全反应生成Ni3Al相的缘故。图3为经1100℃真空烧结2h后YSZ、YSZ/(Ni:Al=2:1)和YSZ/(Ni:Al=1:2)复合涂层表面图像。可看出，三种涂层都存在裂纹和气孔，这是因为在真空烧结电泳沉积涂层时，在加热和冷却过程中易出现涂层收缩，引起涂层局部应力集中所导致的。与YSZ涂层相比，YSZ/(Ni:Al=2:1)和YSZ/(Ni:Al=1:2)复合涂层中的裂纹更大，这是因为复合涂层烧结过程中大量新相Ni3Al相(见图2)?
合涂层中Ni3Al相的质量分数为8.2%，而YSZ/(Ni:Al=1:2)复合涂层中Ni3Al相的质量分数为7.2%，YSZ/(Ni:Al=1:2)复合涂层中的Ni3Al相数量要比YSZ/(Ni:Al=2:1)复合涂层中的少。同时发现，在三种涂层裂纹处有较大的陶瓷颗粒(图3箭头所指)，晶粒越大，大单位体积内的晶界数量就越少，位错滑移的屏障也就越少，单位长度上可以塞积的位错就越多，这样达到微裂纹形核长大的机会就越多，材料内部应力水平就越低。因制备试样配悬浮液电泳沉积分析结果真空烧结SEM测试XRD测试Tafel曲线结合强度2θ/(°)图21100℃下真空烧结2h后不同涂层的XRD图Fig.2XRDpatternofdifferentcoatingsaftervacuumsinteringat1100℃for2h(c)YSZ/(Ni：Al=1:2)(a)YSZ涂层(b)YSZ/(Ni：Al=2:1）405060708090图1实验流程图Fig.1Experimentflowchart(a)YSZ涂层(b)YSZ/(Ni:Al=2:1)(c)YSZ/(Ni:Al=1:2)10μm10μmCPS→ZrO2Ni3AlNi162
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米陶瓷涂层的特性及研究现状[J]. 宋子豪,孙耀宁,王艳飞. 热加工工艺. 2014(14)
[2]未来航空发动机热障涂层材料及制备技术[J]. 郭双全,冯云彪,何勇,付俊波. 表面技术. 2012(05)
[3]燃气轮机热障涂层的研究现状与发展趋势[J]. 王文杰,苗淼. 热加工工艺. 2010(08)
[4]电泳沉积功能陶瓷涂层技术[J]. 张建民,杨长春,石秋芝,程鹏里. 中国陶瓷. 2000(06)
本文编号：3424913
【文章来源】：热加工工艺. 2016,45(20)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
实验流程图
HotWorkingTechnology2016,Vol.45,No.2010μm图3经1100℃下真空烧结2h后不同涂层的表面图像Fig.3Surfaceimagesofdifferentcoatingsaftervacuumsinteringat1100℃for2h涂层，用绝缘胶把试样封住，并在表面留一个直径约为5mm的小孔，再把另外一个面的涂层刮去，引出一条导线作为工作电极，边角裸露部分再用环氧树脂封祝再将制备好的试样放在3.5wt%NaCl溶液的电解池中浸泡5min，此时保持开路电位，使用上海辰华电化学工作站测量开路电位和Tafel曲线，扫描速度是1mV/s，扫描范围为-0.4～0.7V，测试温度为25℃。本次实验采用WS涂层附着力自动划痕仪测试临界载荷，采用声发射信号测量模式，运行方式为动载和单往复，划痕速度为2mm/min，加载速率为20N/min，试验载荷为20N，划痕长度为2mm。3实验结果与讨论3.1形貌及结构分析YSZ涂层、YSZ/(Ni:Al=2:1)和YSZ/(Ni:Al=1:2)复合涂层经过1100℃真空烧结2h后的XRD图谱见图2。可以看出，真空烧结后，YSZ涂层主要由二氧化锆组成(图2(a))。而添加铝和镍的YSZ/(Ni,Al)复合涂层在经过1100℃真空烧结2h后，除了二氧化锆相外，有Ni3Al新相生成(图2(b)和(c))。另外从图2(b)中可以发现，YSZ/(Ni:Al=2:1)复合涂层中含有一定量的单质Ni；YSZ/(Ni:Al=1:2)复合涂层中并没有探测到Ni，可能是因为Ni与Al完全反应生成Ni3Al相的缘故。图3为经1100℃真空烧结2h后YSZ、YSZ/(Ni:Al=2:1)和YSZ/(Ni:Al=1:2)复合涂层表面图像。可看出，三种涂层都存在裂纹和气孔，这是因为在真空烧结电泳沉积涂层时，在加热和冷却过程中易出现涂层收缩，引起涂层局部应力集中所导致的。与YSZ涂层相比，YSZ/(Ni:Al=2:1)和YSZ/(Ni:Al=1:2)复合涂层中的裂纹更大，这是因为复合涂层烧结过程中大量新相Ni3Al相(见图2)?
合涂层中Ni3Al相的质量分数为8.2%，而YSZ/(Ni:Al=1:2)复合涂层中Ni3Al相的质量分数为7.2%，YSZ/(Ni:Al=1:2)复合涂层中的Ni3Al相数量要比YSZ/(Ni:Al=2:1)复合涂层中的少。同时发现，在三种涂层裂纹处有较大的陶瓷颗粒(图3箭头所指)，晶粒越大，大单位体积内的晶界数量就越少，位错滑移的屏障也就越少，单位长度上可以塞积的位错就越多，这样达到微裂纹形核长大的机会就越多，材料内部应力水平就越低。因制备试样配悬浮液电泳沉积分析结果真空烧结SEM测试XRD测试Tafel曲线结合强度2θ/(°)图21100℃下真空烧结2h后不同涂层的XRD图Fig.2XRDpatternofdifferentcoatingsaftervacuumsinteringat1100℃for2h(c)YSZ/(Ni：Al=1:2)(a)YSZ涂层(b)YSZ/(Ni：Al=2:1）405060708090图1实验流程图Fig.1Experimentflowchart(a)YSZ涂层(b)YSZ/(Ni:Al=2:1)(c)YSZ/(Ni:Al=1:2)10μm10μmCPS→ZrO2Ni3AlNi162
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米陶瓷涂层的特性及研究现状[J]. 宋子豪,孙耀宁,王艳飞. 热加工工艺. 2014(14)
[2]未来航空发动机热障涂层材料及制备技术[J]. 郭双全,冯云彪,何勇,付俊波. 表面技术. 2012(05)
[3]燃气轮机热障涂层的研究现状与发展趋势[J]. 王文杰,苗淼. 热加工工艺. 2010(08)
[4]电泳沉积功能陶瓷涂层技术[J]. 张建民,杨长春,石秋芝,程鹏里. 中国陶瓷. 2000(06)
本文编号：3424913
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