粘结层对热障涂层高温抗氧化性能的影响研究

摘要

热障涂层主要用于航空发动机的热端部件,一般由两部分组成:对合金部件起隔热作用的陶瓷层、抗高温氧化腐蚀的粘结层。考虑到陶瓷层的相稳定性、低热导率,本文采用Sc2O3-Y2O3-ZrO2陶瓷粉末材料。粘结层位于金属基体和陶瓷层之间,改善了涂层、基体之间的热膨胀差异,缓解了体系的热应力,阻碍了氧气氧化基体。粘结层一般采MCrAlY合金,(其中M指Ni、Co或Ni+Co)。粘结层的氧化生成物Thermally Grown Oxide(即TGO)被认为是涂层失效的根本原因。
　　 本文试图研究同种陶瓷层、不同粘结层的热障涂层体系的抗氧化性能,以此优化热障涂层体系的设计。
　　 本文主要研究内容和结果如下:
　　 1.采用化学共沉淀法制备Sc2O3-Y2O3-ZrO2陶瓷复合粉,采用等离子喷涂法制备了NiCrAlYSi-ScYSZ、NiCrAlY-ScYSZ、NiCoCrAlTaY-ScYSZ三种体系的热障涂层。
　　 2.记录样品热处理0h、5h、25h、50h、75h、100h、150h、200h、225h、250h、300h后的质量变化得到氧化动力学曲线,三种样品的动力学曲线均为指数形式,氧化过程可简单分为三个过程。
　　 3.三种体系的样品1100℃热处理,分别对不同氧化时间的样品做断面形貌分析,发现随着氧化时间的增加,TGO从最初的以Al2O3为主,逐渐转变为以Ni、Cr、Al为主的混合氧化物。
　　 4.通过能谱分析确定样品失效时脱落的陶瓷表面及TGO界面成分,以此分析涂层的失效原因。
　　 5.分析粘结层的抗氧化机理,重点分析了能形成保护性氧化膜的Al、Cr元素和活性元素。