【摘要】：熱障涂層(TBCs)是增加材料高溫壽命的表面工程技術之一,而熱生長氧化物(TGO)是目前熱障涂層產(chǎn)生失效的主要區(qū)域,因此研究如何控制TGO的生長是目前研究制備具有優(yōu)秀性能涂層的主要方向。本文利用電子束蒸鍍(EBVD)和強流脈沖電子束(HCPEB)完成熱障涂層界面處合金化,改變界面鋁分布,實現(xiàn)TGO可控生長,旨在改進熱障涂層抗高溫氧化性能和抗熱震性能。通過等離子噴涂(APS)在高溫合金基體表面制備雙層熱障涂層,結(jié)合層材料是CoCrAlY,陶瓷層是YSZ。利用EBVD和HCPEB技術在結(jié)合層表層實現(xiàn)鋁膜的熔敷,再使用一定的噴砂工藝提升電子束處理后涂層界面結(jié)合力。采用高溫氧化實驗和熱震實驗來模擬熱障涂層服役環(huán)境,測試涂層使用性能。通過掃描電鏡(SEM)、共聚焦顯微鏡(LSM)、能譜儀(EDS)和共聚焦拉曼光譜(MRS)對原始熱障涂層和多種表面改性技術結(jié)合處理的改進涂層進行表征和測試,圍繞界面和TGO的生長行為進行研究,探索界面熔敷鋁膜工藝下涂層服役性能的變化,建立鋁含量變化—熱生長氧化物—服役壽命三者之間的關系,給優(yōu)化熱障涂層使用性能的研究建立理論和知識基礎。原始熱障涂層界面粗糙不平,存在較多尖銳的山峰和溝壑形貌。陶瓷層呈片層結(jié)構,其間存在一定孔洞、尖角、夾雜和微裂紋等缺陷;高溫氧化過程分三階段:(1)氧化初期,增重曲線呈直線增長;涂層界面形成較薄且不規(guī)則的TGO層,厚度約1.42μm,界面局部陶瓷層產(chǎn)生微裂紋。(2)氧化中期,增重速度明顯放緩;TGO厚度約2.21μm,局部TGO開始出現(xiàn)輕微分層,生成灰色的混合氧化物Co2CrO4、Co3O4、CoAl2O4。(3)氧化后期,增重開始加快,曲線斜率升高。TGO厚度約為3.40μm。TGO和陶瓷層界面附近存在大量縱向和橫向裂紋。能譜線掃描結(jié)果顯示結(jié)合層一側(cè)存在輕微的貧鋁現(xiàn)象,早期形成的TGO為Al_2O_3,中后期形成的TGO里存在較多尖晶石氧化物。涂層熱循環(huán)200次后,分離區(qū)域占總體約10%,局部嚴重氧化,瀕臨脫落。界面處殘余應力大小約為10.94MPa。利用HCPEB技術界面熔敷鋁膜的熱障涂層界面相對均勻,孔洞和尖銳界面形貌等消除,形成了離散的微米級胞狀體。陶瓷層和結(jié)合層結(jié)合緊密。改進處理后,氧化過程和原始熱障涂層類似。但改進處理后涂層各階段,氧化速度和增重量均低于原始熱障涂層。此外,TGO形貌較為連續(xù)致密,相對均勻,未出現(xiàn)較大裂紋和開裂,陶瓷層中存在一定的微裂紋和孔洞;能譜線掃描結(jié)果顯示,結(jié)合層一側(cè)的鋁含量相對穩(wěn)定,未出現(xiàn)貧鋁帶現(xiàn)象。TGO的組成為單一的Al_2O_3,未出現(xiàn)混合氧化物。涂層熱循環(huán)200次后,基本處于穩(wěn)定狀態(tài),未呈現(xiàn)明顯脫落和剝落現(xiàn)象。涂層界面處應力約7.59MPa。
【學位授予單位】：中國民航大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG174.4

【參考文獻】

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本文編號：2562530