【摘要】：熱障涂層(TBCs)是增加材料高溫壽命的表面工程技術(shù)之一,而熱生長(zhǎng)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(zhǎng)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)TGO可控生長(zhǎng),旨在改進(jìn)熱障涂層抗高溫氧化性能和抗熱震性能。通過(guò)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(shù)在結(jié)合層表層實(shí)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(shí)驗(yàn)和熱震實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬熱障涂層服役環(huán)境,測(cè)試涂層使用性能。通過(guò)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(duì)原始熱障涂層和多種表面改性技術(shù)結(jié)合處理的改進(jìn)涂層進(jìn)行表征和測(cè)試,圍繞界面和TGO的生長(zhǎng)行為進(jìn)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(zhǎng)氧化物—服役壽命三者之間的關(guān)系,給優(yōu)化熱障涂層使用性能的研究建立理論和知識(shí)基礎(chǔ)。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(gòu),其間存在一定孔洞、尖角、夾雜和微裂紋等缺陷;高溫氧化過(guò)程分三階段:(1)氧化初期,增重曲線呈直線增長(zhǎng);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(kāi)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(kāi)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(yán)重氧化,瀕臨脫落。界面處殘余應(yīng)力大小約為10.94MPa。利用HCPEB技術(shù)界面熔敷鋁膜的熱障涂層界面相對(duì)均勻,孔洞和尖銳界面形貌等消除,形成了離散的微米級(jí)胞狀體。陶瓷層和結(jié)合層結(jié)合緊密。改進(jìn)處理后,氧化過(guò)程和原始熱障涂層類似。但改進(jìn)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(duì)均勻,未出現(xiàn)較大裂紋和開(kāi)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(duì)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(yīng)力約7.59MPa。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)民航大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG174.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2562530