预氧化处理对热障涂层使用寿命的影响

摘要

本文采用等离子喷涂(APS)在Ni 基高温合金上制备了NiCoCrAlY 粘结层和陶瓷层(ZrO2-8wt.%Y2O3)，然后对喷涂态的热障涂层进行预氧化处理，利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X 射线衍射仪(XRD)、红宝石荧光光谱(RFS)等检测手段，对涂层的显微组织、元素分布、物相组成、残余应力进行了分析，研究了预氧化处理对热障涂层使用寿命的影响。 研究结果表明：预氧化处理能使热喷涂CoNiCrAlY粉末产生的高度不一致的微观组织变得均质化，提高涂层致密度，并通过控制高真空烧结炉中的氧分压，使氧只与粘结层中Al发生反应，预氧化处理后的热障涂层经1050℃×1h高温氧化后即在粘结层与陶瓷层界面处产生连续、厚度均匀、单一成分(Al2O3)的热生长氧化物(TGO)，成分单一的Al2O3层有效地阻碍了其它非保护性氧化物的生成，降低了氧化速度，TGO快速进入缓慢增厚的平台期； 涂层经1050℃×120h高温氧化后，TGO内未出现分层现象，其成分仍以Al2O3为主，厚度仍然比较均匀，TGO仍然处于稳定氧化阶段。可见，预氧化处理缩短了涂层的瞬态氧化阶段，延长了稳定氧化阶段，涂层高温氧化抗力得到提高。 预氧化处理消除了等离子喷涂在沉积过程中产生的残余应力，微观组织均质化的粘结层又会相应降低由于凸起尖角产生复杂应力的概率。同时预氧化处理干预了TGO的生长过程，降低TGO的生长速度，减少了TGO 层应力集中现象的发生。RFS 应力分析表明，两种热障涂层TGO 内的残余应力均随着热震次数的增加而增大，但经预氧化处理的涂层应力增长幅度较缓慢，热障涂层应力水平增长较为平稳，改善了热循环过程中TGO 层内的应力状态，经过400 次热循环后热障涂层依然完好，涂层抗热震性能得到提高。 综上所述，预氧化处理使喷涂态粘结层微观组织均质化，消除了喷涂沉积过程中产生的残余应力。同时使得单一，致密的Al2O3 膜提前生成，有效抑制有害氧化物生成，改善了服役过程涂层应力状态，从而提高了热障涂层的使用寿命。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第二章 实验材料与方法

第三章 涂层抗高温氧化性能的研究

第四章 预氧化处理热障涂层热震性能的研究

第五章 结论

参考文献

攻读硕士期间所取得的相关科研成果

致谢