熱障涂層熱生長氧化物形成及生長過程的干預(yù)與控制研究.pdf

1、熱障涂層(TBC)被廣泛用于提高先進(jìn)燃?xì)鉁u輪機(jī)的效率。因為其低的熱導(dǎo)率和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，TBC在保護(hù)鎳和鈷基超合金材料，提高其工作溫度方面表現(xiàn)出了特殊的性能。而在TBC的粘結(jié)層(BC)和陶瓷層(TC)之間生成的一層熱生長氧化物(TGO)對TBC的壽命具有重要的影響。
　　 本課題在鎳基高溫合金上制備雙層結(jié)構(gòu)的TBC。BC為NiCoCrAlY而TC為ZrO2-8 w.％Y2O3。為了研究對TBC中TGO形成及生長過程進(jìn)行干預(yù)與控

2、制的方法，分別采用大氣等離子噴涂(APS)、高速微粒轟擊(SFPB)、超音速火焰噴涂(HVOF)及真空熱處理(VHT)工藝制備或處理TBC。采用高溫氧化實驗和熱循環(huán)試驗評價TBC的性能，利用掃描電鏡、拉曼光譜(RFS)等實驗手段研究工藝對TGO抗高溫氧化性能、元素擴(kuò)散、熱震失效和殘余應(yīng)力的影響。
　　 采用SFPB處理BC，以期干預(yù)Al元素擴(kuò)散并改善BC表面的初始狀態(tài)。BC表層區(qū)域產(chǎn)生大量位錯等缺陷，為Al的選擇性氧化提供大量高

3、速擴(kuò)散途徑，Al在BC表層的富集，使TGO進(jìn)入穩(wěn)態(tài)氧化期，形成連續(xù)且致密的Al2O3層，抑制了大顆粒有害氧化物的形成。同時SFPB可以改善BC的表面形貌，減少由此造成的應(yīng)力集中現(xiàn)象。經(jīng)過SFPB處理的TBC在350次熱循環(huán)后涂層依然完好，而APS TBC經(jīng)過350次熱循環(huán)后出現(xiàn)涂層剝離現(xiàn)象。熱震350次后APS TBC殘余應(yīng)力為650MPa，而轟擊處理后的SFPB TBC熱震400次后殘余應(yīng)力僅為532MPa。
　　 采用HVO

4、F直接制備BC，改善了BC的界面粗糙問題，界面平整，增加了Al元素的擴(kuò)散通道，有利于在BC表面形成一層Al2O3保護(hù)膜，防止了BC層其它元素的進(jìn)一步氧化。HVOF TBC熱震400次后其應(yīng)力值僅為571 MPa，低于熱震350次的等離子噴涂涂層的應(yīng)力值。
　　 對TBC進(jìn)行VHT處理，在處理過程中BC層會預(yù)先氧化生成一層Al2O3層，該薄層的形成將在后續(xù)高溫氧化過程中，有助于阻止有害氧化物的形成和生長。
　　 在上述實驗