QT-500基体上等离子喷涂8YSZ热障涂层系统的高温氧化行为研究

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等离子喷涂YSZ热障涂层的高温氧化和热震行为研究

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图 3 为 YSZ 涂层在 1000℃氧化 50h 后的截面形貌，可以看到在粘结层上，氧化物较多，并且出现开裂(A 点)。图 4 为 YSZ 涂层 1000℃氧化后的陶瓷层 X 射线衍射分析，可以看出，大部分还是 t-ZrO2 相，m- ZrO2 相的量很少，说明陶瓷层没有发生相变。
2. 实验方法
2.1 试样制备
2.1.1 YSZ/TBCs 制备基材 1Cr18Ni8Ti，尺寸为 15×15×3mm，粘结层材料的成分为 Ni25Cr5Al0.5Y 的粉体，
面层材料为 8%Y2O3 部分稳定的 ZrO2 粉体。本实验采用的等离子喷涂设备为国产 BSF-1000 型 APS，喷涂工艺参数如下：
粘结层基体
图 1 YSZ 涂层在 900℃氧化 50h 后的截面形貌 Fig. 1 Cross-section microstructure of YSZ coating after 50h oxidation at 900℃
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Intensity
图2为ysz层900氧化后的陶瓷层x射线衍射分析从这幅图可以看出陶瓷层主要由tzroysz涂层在1000氧化50h后截面形貌fig3crosssectionmicrostructureyszcoatingafter50hoxidation1000204060805005001000150020002500300035004000ysz涂层1000氧化后的陶瓷层x射线衍射分析fig4xrdpatternsceramiclayeryszafterstaticoxidationtest为ysz涂层在1000氧化50h后的截面形貌可以看到在粘结层上氧化物较多并且出现开裂a为ysz涂层1000氧化后的陶瓷层x射线衍射分析可以看出大部分还是tzronicraly涂层在900氧化50h后的截面形貌fig5crosssectionmicrostructurenicralycoatingafter50hoxidation9002040608020040060080010001200nicraly涂层900氧化后x射线衍射图fig6xrdpatternsnicralycoatingafterthestaticoxidationtest为nicraly涂层在900氧化50h后的截面形貌nicraly涂层的表面比较粗糙氧化物很多

YSZ热障涂层工艺中的关键步骤

YSZ热障涂层工艺中的关键步骤YSZ热障涂层工艺中的关键步骤YSZ热障涂层是一种重要的保护材料，常用于航空发动机和燃气涡轮等高温设备。

下面将按照YSZ热障涂层的关键步骤，一步一步介绍该工艺的过程。

首先，制备底材。

热障涂层需要在金属底材上进行涂覆，因此首先需要准备金属底材。

常用的底材包括镍基合金和钴基合金等。

在选择底材时，需要考虑其高温性能、耐腐蚀性能以及与YSZ涂层的相容性。

接下来是底材的预处理。

预处理的目的是去除底材表面的氧化物和污染物，提高YSZ涂层与底材的结合强度。

常用的预处理方法有机械打磨、化学清洗和喷砂处理等。

其中，化学清洗可以使用酸碱溶液来去除表面的氧化物和油污。

然后是涂层的制备。

YSZ涂层一般采用热喷涂技术进行涂覆。

热喷涂技术包括等离子喷涂、火焰喷涂和高速喷涂等方法。

其中，等离子喷涂是最常用的方法。

在等离子喷涂过程中，YSZ粉末被加热至高温熔融状态后，通过等离子气体的喷射形成涂层。

接下来是涂层的表面处理。

涂层的表面处理可以提高涂层的致密性和附着力。

常用的表面处理方法有磨削和抛光等。

磨削可以去除涂层表面的颗粒和粗糙度，抛光可以进一步提高涂层的平整度和光洁度。

最后是涂层的烧结和热处理。

烧结是指将涂层在高温下进行热处理，使其熔融和流动，进一步提高涂层的致密性和结合强度。

热处理是指在涂层表面形成氧化层，增加涂层的耐高温氧化性能。

烧结和热处理的温度和时间需要根据具体的工艺要求进行控制。

综上所述，YSZ热障涂层的关键步骤包括底材的制备、底材的预处理、涂层的制备、涂层的表面处理以及涂层的烧结和热处理。

通过这些步骤，可以制备出具有良好高温性能和耐腐蚀性能的YSZ热障涂层，为高温设备的保护提供有效的解决方案。

YSZ热障涂层的热腐蚀性能研究--优秀毕业论文可复制黏贴

硕士学位论文YSZ热障涂层的热腐蚀性能研究STUDIES ON THE HOT CORROSION RESISTANCE OF YSZ THERMAL BARRIERCOATINGS任杰哈尔滨工业大学2011年6月国内图书分类号：TB323 学校代码：10213 国际图书分类号：620 密级：公开工学硕士学位论文YSZ热障涂层的热腐蚀性能研究硕士研究生：任杰导师：赵九蓬教授申请学位：工学硕士学科：化学工程与技术所在单位：化工学院答辩日期：2011年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index: TB323U.D.C: 620Dissertation for the Master Degree in EngineeringSTUDIES ON THE HOT CORROSION RESISTANCE OF YSZ THERMAL BARRIERCOATINGSCandidate：Ren JieSupervisor：Prof. Zhao JiupengAcademic Degree Applied for：Master of Engineering Speciality：Chemical Engineering andTechnologyAffiliation：School of Chemical Engineering Date of Defence：June, 2011Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本文主要研究了热障涂层体系在高温熔盐中的热腐蚀性能，研究对象为镍基高温合金Hastelloy X、NiCrAl金属涂层和8YSZ陶瓷层。

两种涂层均采用大气等离子喷涂技术制备，其机构分别为Hastelloy X+NiCrAl和Hastelloy X+NiCrAl+YSZ。

210969727_等离子喷涂-物理气相沉积YSZ热障涂层的制备及微观结构研究

0引言航空涡轮发动机服役环境苛刻.热障涂层（ther ‐mal barrier coatings ，TBC ）作为涡轮发动机叶片及在其他燃机中不可缺少的材料，保障了燃机热端部件在高温氧化、冷热循环、熔盐腐蚀等极端环境中的正常工作.热障涂层与气膜冷却技术的结合，在提高发动的推重比、服役寿命、工作稳定性等方面发挥至关重要的作用[1].典型的热障涂层系统主要包括隔热陶瓷层（通常是YSZ ：ZrO 2-Y 2O 3）和作为黏结层的抗高温氧化金属层（通常是MCrAlY ）以及高温合金基体.在高温环境中，涂层底部和金属层之间生成热生长氧化物（TGO ）层[2].热障涂层的化学组成成分和微观结构形貌特征决定了热障涂层的工作性能及长期稳定性.目前热障涂层的主要制备技术是大气等离子喷涂（APS ）和电子束-物理气相沉积（EB-PVD ）技术，这2种技术制备出的热障涂层结构差异较大，这也使得涂层的热导率、应变容限、热循环寿命等性能相差较大[3].APS 制备热障涂层时，涂层材料以熔融或半熔融扁平粒子的状态进行沉积生长，微观下涂层呈层状结构，隔热性能好（热导率<1.5W ·（m ·K ）−1，1000℃），但结合强度低（<30MPa ）.EB-PVD 通过电子束加热蒸发涂层材料，加热后的材料以气相原子状态为主进行沉积生长，制备出的涂层在微观下呈现较为均匀的柱状结构，但热导率较高[1，4]，且隔热性能较差.近年来，等离子喷涂-物理气相沉积（PS-PVD ）已成为新兴发展的热障涂层制备技术，使用该技术制备热障涂层并应用于航空涡轮发动机涡轮叶片表面已进入工程化阶段[5].PS-PVD 结合了APS 及EB-PVD 优势，具有沉积效率高、可实现非视线沉积[6]等优点，能够制备出应变容限良好、热循环寿命长的热障涂层.同时，通过参数调控还可以实现单相或多相沉积，制备出不同结构的热障功能涂层[7-8].等离子喷涂-物理气相沉积YSZ 热障涂层的制备及微观结构研究徐静1，2，毛杰*2，梁兴华1，邓子谦2，邓春明2，邓畅光2，刘敏2（1.广西汽车零部件与整车技术重点实验室（广西科技大学），广西柳州545006；2.广东省科学院 a.广东省新材料研究所；b.现代材料表面工程技术国家工程实验室；c.广东省现代表面工程技术重点实验室，广东广州510650）摘要：热障涂层与冷却技术结合可以极大地提高航空涡轮发动机叶片的服役温度，而羽毛柱状结构的等离子喷涂-物理气相沉积（PS-PVD ）热障涂层因其热导率低、应变容限良好、热循环寿命长等优势备受关注.通过进行物相分析，使用扫描电子显微镜（SEM ）观察热障涂层表面及截面的形貌结构；在SEM 二维图像的基础上，使用图像法计算孔隙率.结果表明：通过PS-PVD 设备制备出的热障涂层结晶度良好，空间点矩阵属于P/nmc （137），为四方结构，涂层平均平面孔隙率较大，为20.03%，具有良好的隔热性能.关键词：等离子喷涂-物理气相沉积（PS-PVD ）；热障涂层；制备；微观结构中图分类号：TQ153；TG174.4DOI ：10.16375/45-1395/t.2021.04.003收稿日期：2021-05-07基金项目：广东省重点领域研发计划项目（2019B010936001）；国家科技重大专项（2017-VI-0010-0081）；广东省自然科学基金项目（2020B1515020036）；广东省特支计划本土创新创业团队项目（2019BT02C629）；广州市重点领域研发项目（202007020008）资助.作者简介：徐静，在读硕士研究生.*通信作者：毛杰，博士，正高级工程师，研究方向：高温防护涂层，E-mail ：****************.第32卷第4期2021年12月广西科技大学学报JOURNAL OF GUANGXI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGYVol.32No.4Dec.2021第32卷广西科技大学学报通过PS-PVD设备制备出的热障涂层拥有独特的羽毛柱状结构，由于存在孔隙，可使涂层的热导效率降低，有利于提高航空涡轮发动机涡轮叶片服役温度[8-10].现阶段，高质量的PS-PVD新型功能涂层作为涡轮发动机及其他燃气轮机中的隔热手段，研究人员对涂层的表征多集中于组织结构、力学性能、抗热震性能、抗腐蚀性能等方面；且热障涂层隔热性能评价大多依托于具体的隔热性能实验进行衡量，没有具体的物理量指标对隔热性能进行说明.基于此，本文使用PS-PVD设备，以YSZ粉末为原料制备热障涂层，利用X射线衍射仪（X-ray diffration，XRD）、扫描电子显微镜（scanning electron micro‐scope，SEM）对YSZ热障涂层的物相、微观结构进行表征，通过SEM获得二维图像，使用Image J软件图像法对热障涂层的截面孔隙率进行简单计算.1实验1.1实验仪器与喷涂材料1.1.1实验仪器鼓风干燥箱，等离子喷涂-物理气相沉积设备（PS-PVD，Sulzer Metco），X射线衍射仪，扫描电子显微镜（ZEISS）.1.1.2喷涂材料NiCrAlY（6μm~30μm，AMPERITTM997，Sulzer-Metco），YSZ（1μm~30μm，M6700，Sulzer Metco），不锈钢基体.1.2热障涂层制备实验前先将不锈钢基体（φ25.4mm×6mm）置于煤油或者汽油中进行超声波清洗，然后用酒精擦拭基体以去除基体表面的油渍.对清洗后的基体进行喷砂处理，使用46#刚玉砂，喷砂气压控制在0.4MPa~0.6MPa.使用如图1所示PS-PVD设备，在金属基体的表面制备120μm~140μm厚的NiCrAlY金属黏结层，经打磨抛光处理后，黏结层剩余厚度约60μm~80μm；在其表面再次进行喷砂处理，使用280#刚玉砂，喷砂气压在0.2MPa~0.4 MPa（2次喷砂是为了增加基体、黏结层、陶瓷层之间的结合强度，保护基体，防止氧化）.图1（网络版彩图）PS-PVD设备图使用PS-PVD设备，以经过鼓风干燥箱干燥8h~16h后呈团聚状态的YSZ粉末为原料，在金属基体的预制黏结层表面制备陶瓷层，PS-PVD的喷枪型号为O3CP.通过等离子火焰对不锈钢基体表面不断吹扫，将基体表面的预热温度控制在900℃左右.喷涂过程中对涂层进行适当补氧，以防止YSZ 涂层沉积过程中出现晶体失氧.YSZ热障涂层的喷涂制备工艺参数如表1所示.表1喷涂工艺参数制备出的YSZ热障涂层的宏观表现如图2所示，由图可知，涂层大部分为白色，一侧边缘部分有黄灰色.黄灰色部分是基体表面与喷枪之间的距离略有差异和吹扫轨迹变化所致，从而显现出Zr 自身的颜色，对沉积涂层没有影响.试片涂层没有鼓泡、裂纹、剥离等缺陷.图2（网络版彩图）YSZ热障涂层宏观样貌1.3材料的表征与测试用X射线衍射仪（Cu-Ka辐射，扫描范围为10°18第4期~90°，管电压、管电流分别为40kV和100mA，扫描速度为2θ=0.02°）观察制备好的YSZ热障涂层，并确定样品的晶体结构及微观晶体参数.通过扫描电子显微镜（加速电压为10kV）观察YSZ涂层的表面和截面形貌以及YSZ粉末的气化程度.使用Image J软件对YSZ热障涂层SEM获得的二维图像进行孔隙率计算与分析.2分析2.1XRD物相分析初始YSZ粉末主要由ZrO2的单斜相（m相）、四方相（t'相）和Y2O3构成.惰性气体离化时，除产生等离子、电子-离子复合物外，还释放大量热量.初始YSZ粉末在此热量作用下进行状态转变，即当温度达到930℃以上时，单斜相转变为四方相；温度升高至2300℃时，四方相转变成立方相；当喷涂过程结束后，温度随之降低，此时立方相转变为四方相，后者可以通过与Y2O3吸附的金属阳离子结合来稳定ZrO2相系.因此，热障涂层多以四方相亚稳态结构存在.图3为喷涂样品的XRD图谱，通过与四方相ZrO2标准PDF卡片对比，发现喷涂样品含有四方相（t'相），且衍射峰的位置、衍射峰强度分别相对应，即特征峰的位置为30.2°、35.0°、50.4°、59.8°、63.0°、73.8°、82.0°、84.5°；样品衍射峰清晰、尖锐、峰形较窄，说明材料的结晶度较好.通过本次实验得到了较为理想的含四方ZrO2相（t'相）的YSZ热障涂层，其详细晶格参数如表2所示.图3YSZ热障涂层的XRD图谱表2样品的晶格参数晶体结构四方空间结构P/nmc（137）a/Å3.6067b/Å3.6067c/Å5.1290由表2可知，所制备的YSZ热障涂层属于P/nmc（137）空间群，为四方结构，其平均晶格尺寸为a=b=3.6067Å、c=5.1290Å，这与文献[8]报道的晶体结构十分吻合.2.2微观结构分析图4—图5为YSZ热障涂层的SEM表面及截面形貌.图4的“菜花”状结构是PS-PVD制备的热障涂层典型特征结构.图5中，YSZ热障涂层呈现羽毛柱状晶结构，并且在柱状晶孔隙部分存在气相原子.由于喷枪与基体表面有一定的夹角，使得柱状晶的生长与基体表面有夹角，说明涂层羽毛柱状晶的生长与喷涂角度相关.同时，在SEM微观条件下，量取部分完整单根羽毛柱状晶的纵向长度平均值为217.98μm，柱状晶截面径向宽度为30.29μm.在喷涂500次的基础上，涂层的生长速率为0.436μm/次；整个喷涂过程持续约15min，涂层单位时间内的生长速率为14.532μm/min.在已知沉积速率的前提下，可以通过制备不同厚度的涂层以适应航空发动机涡轮机叶片的不同需求.图4YSZ热障涂层表面SEM照片图5YSZ热障涂层截面SEM照片徐静等：等离子喷涂-物理气相沉积YSZ热障涂层的制备及微观结构研究19第32卷广西科技大学学报2.3孔隙率计算与分析从严格意义上来说，孔隙率是孔隙的体积与总体积的比率，其数值范围在0~100%.材料孔隙率大小直接反应材料的密实程度，材料孔隙率高，表示密实程度小.一般来说，多孔材料因其内部有大量相互贯通的孔隙会直接影响材料的抗压、抗蚀等性能[11-12].在实验过程中，由于材料结构特殊，难以获得材料孔隙的体积，因此，常利用SEM的二维照片来计算材料的平面孔隙率大小.利用Image J软件计算截面多孔的热障涂层平均截面孔隙率.设置电镜照片的比例尺，将图像转变为8bit，利用矩形框选工具框选除比例尺以外的部分，经调整阈值，选中孔隙部分，如图6所示，红色部分为孔隙区域，经过Measure处理，自动显示出红色孔隙部分的面积数值.图6（网络版彩图）Image J处理SEM孔隙计算公式为：截面孔隙率=截面孔隙面积总面积×100%其中，总面积=像素×像素（像素单位：pixel）.经过多次框选不同孔隙区域计算平面孔隙率，求得平均截面孔隙率为20.03%.涂层中的孔隙区域可以直接等效为空气层，热障涂层中不同组元的热导率排序大小为：高温合金基体>金属黏结层>TGO层>YSZ陶瓷层>空气层，孔隙率大小可以直接影响热障涂层的热传导性能.一般来说，APS热障涂层的截面孔隙率在1%~5%，EB-PVD通过参数调控可以得到孔隙率为1%~10%的高质量涂层.通过PS-PVD制备出独特羽毛柱状结构的热障涂层，其孔隙率高于其他热障涂层，孔隙率较大也是PS-PVD涂层隔热性能优于其他涂层的一个主要原因，高孔隙率对隔热性能起着积极作用[13]，可以很好地抑制热量的传输，有效地降低热端部件的温度[14].对于热障涂层而言，孔隙率可以直接说明涂层热障性能，孔隙率较小，涂层的热导率较高；孔隙率较大，涂层的热导率较低.然而孔隙率并非越大越好，当孔隙率过大时，会加剧黏结层的腐蚀失效，热量直接通过黏结层传递给热端部件[15].考虑涂层的结合特性，兼顾热循环寿命与隔热性能，对PS-PVD设备进行合适的工艺参数调控来制备热障涂层.3结论本文使用PS-PVD设备制备出YSZ热障涂层，用XRD、SEM材料测试与分析手段对YSZ热障涂层的物相、微观结构进行分析，在SEM二维图像基础上，利用图像法，使用Image J软件对图片进行预处理以及调整阈值，经过计算获得YSZ热障涂层的截面孔隙率.通过分析发现：YSZ热障涂层的宏观样貌（即陶瓷颜色分布）与喷涂角度有关，这是由于基体与喷枪所成夹角造成了基体上方喷涂距离的差异.喷涂柱状结构在一定程度上与喷涂角度有关；同时通过SEM照片发现，喷涂角度的改变造成了独特羽毛柱状结构晶体倾斜生长.经过XRD 物相分析，本次实验中制备出的YSZ热障涂层均含四方ZrO2相（t'相），经计算涂层的截面平均孔隙率为20.03%，孔隙率大小适中，可作为提高航空涡轮发动机叶片服役温度的涂层.参考文献[1]张小锋，周克崧，刘敏，等.等离子喷涂-物理气相沉积7YSZ热障涂层形成机制[J].中国科学：技术科学，2019，49（11）：1319-1330.[2]CHEN W L，LIU M，ZHANG J F.Impedance analysisof7YSZ thermal barrier coatings during high-tempera‐ture oxidation[J].Journal of Thermal Spray Technology，2016，25（8）：1596-1603.[3]YANG J S，ZHAO H Y，ZHONG X H，et al.Thermalcycling behavior of quasi-columnar YSZ coatings depos‐ited by PS-PVD[J].Journal of Thermal Spray Technolo‐gy，2017，26（1-2）：132-139.[4]毛杰，马景涛，邓畅光，等.表面粗糙度对PS-PVDYSZ陶瓷层性能的影响[J].材料工程，2020，48（5）：144-150.[5]MAO J，DENG Z Q，LIU M，et al.Regional character‐istics of YSZ coating prepared by expandedAr/He/H 20第4期plasma jet at very low pressure[J].Surface&CoatingsTechnology，2017，328：240-247.[6]李荣久，邓畅光，胡永俊，等.等离子喷涂-物理气相沉积热障涂层的表征技术研究进展[J].表面技术，2020，49（11）：124-140.[7]邓子谦，刘敏，毛杰，等.等离子喷涂-物理气相沉积射流中粒子状态和分布[J].中国表面工程，2017，30（3）：81-88.[8]LIU M J，ZHANG M，ZHANG X F，et al.Transportand deposition behaviors of vapor coating materials inplasma spray-physical vapor deposition[J].Applied Sur‐face Science，2019，486：80-92.[9]GAO L H，WEI L L，GUO H B，et al.Deposition mech‐anisms of yttria-stabilized zirconia coatings during plas‐ma spray physical vapor deposition[J].Ceramics Interna‐tional，2016，42（4）：5530-5536.[10]MAREK G，TADEUSZ K，STAWOMIR K，et al.In‐fluence of deposition parameters on structure of TDCsdeposited by PS-PVD method[J].Solid State Phenomena，2015，227：369-372.[11]蒙坤林，黄小青，杨义，等.氧化石墨烯改善水泥材料抗蚀性的研究[J].广西科技大学学报，2019，30（2）：86-92.[12]解小娟，罗桂发，杨博兆，等.以铵盐类为发泡剂制备多孔陶粒试验[J].广西科技大学学报，2020，31（1）：65-70，91.[13]张啸，刘敏，张小锋，等.等离子喷涂-物理气相沉积高温防护涂层研究进展[J].中国表面工程，2018，31（5）：39-53.[14]杨玉娥，赵东，安延涛，等.微波检测热障涂层孔隙率的可行性研究[J].仪器仪表学报，2015，36（6）：1215-1220.[15]邱琳，郑兴华，李谦，等．陶瓷热障涂层的热导率和热扩散率测量[J].功能材料，2010，41（S2）：264-267．Preparation and microstructure of YSZ thermal barrier coatings byPS-PVDXU Jing1,2,MAO Jie*2,LIANG Xinghua1,DENG Ziqian2,DENG Chunming2,DENG Changguang2,LIU Min2(1.Guangxi Key Laboratory of Automobile Components and Vehicle Technology(Guangxi University ofTechnology),Liuzhou545006,China;2.Guangdong Academy of Science,Guangdong Institute of New Materials,National Engineering Laboratory for Modern Materials Surface Engineering Technology,The Key Lab of Guangdong for Modern Surface Engineering Technology,Guangzhou510650,China) Abstract:The combination of thermal barrier coating and cooling technology can greatly improve the service temperature of aero turbine engine blades,however,the plume-like plasma spray-physical vapor deposition(PS-PVD)thermal barrier coating has attracted much attention due to its low thermal conductivity,good strain tolerance and long thermal cycle life.By means of phase analysis,the surface and cross section morphology of thermal barrier coating were observed by scanning electron microscope,and the porosity was calculated by image method on the basis of SEM2D image.The results showed that the thermal barrier coating generated by PS-PVD equipment had good crystallinity, and the spatial point matrix belonged to P/nmc(137)with a tetragonal structure,and the average plane porosity of the coating was large,20.03%,which meant it had good thermal insulation performance.Key words:plasma spray-physical vapor deposition(PS-PVD);thermal barrier coating;preparation;microstructure（责任编辑：黎娅）徐静等：等离子喷涂-物理气相沉积YSZ热障涂层的制备及微观结构研究21。

等离子喷涂YSZ热障涂层的工艺研究

等离子喷涂YSZ热障涂层的工艺研究李荣斌;邢悦;张志玺;何峰【期刊名称】《表面技术》【年(卷),期】2024(53)7【摘要】目的优化大气等离子喷涂工艺,提高热障涂层的耐腐蚀性能与热循环寿命。

方法设计正交试验,制备出不同工艺参数的YSZ涂层。

用共聚焦显微镜、X射线衍射仪、能谱分析仪对涂层的表面粗糙度、表面与截面形貌、元素组成与分布进行表征,用ImageJ软件分析涂层的孔隙。

根据试验数据优化工艺参数,对比分析工艺优化前后涂层的耐腐蚀性与热循环寿命。

对涂层进行热震水淬试验,分析涂层的热震寿命与失效行为。

结果不同工艺下制备的涂层在孔隙、耐熔盐腐蚀与热循环寿命方面存在明显差异,工艺参数W3X3Y1Z3组合为优化出的喷涂工艺。

采用优化后工艺所制备的涂层TBC-1,孔隙率为9.65%,平均孔隙尺寸为6.18μm^(2),未观察到明显的大孔与裂纹。

涂层表面粗糙度为3.48μm,粉末熔化状态较好。

热腐蚀之后,涂层截面熔盐元素V的质量分数为2.03%,无熔盐积聚现象。

涂层经20次热腐蚀与热冲击联合试验后,质量损失率为0.25%,表面完整,无明显剥落。

TBC-1在热震试验中的失效形式为涂层大面积剥落,失效次数为172次。

结论等离子喷涂的工艺参数对涂层的综合性能有重要影响,涂层中较大的裂纹和孔隙可作为熔盐的渗透途径,加速涂层的腐蚀,同时使热循环寿命变差。

经优化后工艺制备的涂层,内部孔隙分布均匀,且平均孔隙尺寸较小,表现出良好的耐腐蚀性与热循环寿命。

涂层中热生长氧化物(TGO)的生长应力、陶瓷层与黏结层的热失配应力是涂层中裂纹扩展和涂层失效的重要原因。

【总页数】13页(P217-229)【作者】李荣斌;邢悦;张志玺;何峰【作者单位】上海理工大学材料与化学学院;上海电机学院材料学院【正文语种】中文【中图分类】TG174.4【相关文献】1.悬浮液等离子体喷涂厚YSZ热障涂层结构与性能研究2.等离子喷涂-物理气相沉积YSZ热障涂层的制备及微观结构研究3.喷枪扫描速度对等离子喷涂Mo/8YSZ 梯度热障涂层温度场的影响规律研究4.大气等离子喷涂YSZ热障涂层内应力研究现状因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

纳米YSZ热障涂层高温时效过程中组织演变研究

纳米YSZ热障涂层高温时效过程中组织演变研究原慷;于月光;冀晓鹃;Xin-HaiLi;KrishnaPraveenJonnalagadda;RuLinPeng【摘要】燃气轮机长期运行过程中,热端部件如燃烧室内壁和前级涡轮叶片长期经受高温火焰冲击,涂层材料会产生时效行为.在时效过程中,热障涂层会发生组织演变,影响涂层性能与寿命.本文对一种高纯纳米YSZ热障涂层进行了不同温度的时效考核,研究材料在高温中组织演变行为,并对涂层孔隙率变化规律进行了热动力学分析.结果表明,在高温过程中,YSZ涂层中残留的纳米界面会进一步融合并逐渐演变为微米晶;受热动力学机制支配,涂层中孔隙闭合消损,造成涂层孔隙率下降.另外,本文还统计分析了涂层的相变行为.【期刊名称】《热喷涂技术》【年(卷),期】2018(010)001【总页数】8页(P15-22)【关键词】YSZ;热障涂层;高温时效;组织演变;孔隙率【作者】原慷;于月光;冀晓鹃;Xin-HaiLi;KrishnaPraveenJonnalagadda;RuLinPeng【作者单位】北京矿冶科技集团有限公司,北京 100044;北京市工业部件表面强化与修复工程技术研究中心,北京 102206;北矿新材科技有限公司,北京 102206;北京矿冶科技集团有限公司,北京 100044;北京市工业部件表面强化与修复工程技术研究中心,北京 102206;北矿新材科技有限公司,北京 102206;北京矿冶科技集团有限公司,北京 100044;北京市工业部件表面强化与修复工程技术研究中心,北京102206;北矿新材科技有限公司,北京 102206;西门子燃气轮机制造公司,芬斯邦61283,瑞典;林雪平大学,林雪平 58183,瑞典;林雪平大学,林雪平 58183,瑞典【正文语种】中文【中图分类】TG174.4热障涂层（TBCs）在航空发动机及地面燃气轮机热端部件（燃烧室、前级涡轮叶片）中已得到广泛应用[1, 2]。

等离子喷涂MCrAlY涂层高温氧化过程分析

等离子喷涂MCrAlY涂层高温氧化过程分析刘文开,林小娉,路学成等功能材料/摘要:研究了等离子喷涂制备的MCrAlY(M=Ni、Co)涂层试样在1100℃高温条件下的氧化过程。

结果表明涂层在1100℃条件下的恒温氧化动力学曲线基本符合抛物线规律,氧化速率常数kp=1.401×10-6mg-2·cm-4·s-1;氧化过程可分为3个阶段:初期的快速氧化阶段,此时形成物主要为θ-Al2O3;随着氧化时间延长,θ-Al2O3不断转变为α-Al2O3,形成连续的α-Al2O3薄膜,氧化反应进入相对稳定阶段;贫Al现象出现后,氧化产物相对来说比较复杂,甚至连性质相当稳定的Ni也被氧化生成NiO。

关键词:等离子喷涂;抛物线规律;氧化速率;α-Al2O3薄膜；热喷涂1引言热障涂层(TBC,thermally barrier coating)是目前最先进的高温防护涂层之一[1,2],其典型结构由4层构成:被保护的高温合金基底层;粘结层(BC),亦称金属过渡层;热生长氧化层(thermally grown oxide,简称TGO);热障涂层(TBC),即能起隔热作用的陶瓷涂层。

其中,TGO是在长期高温条件下,金属过渡层中元素发生氧化的产物,位于过渡层与陶瓷层之间[1,3]。

国内外学者在TGO的生长过程及方式对于热障涂层寿命的影响方面已经作了大量研究工作,结果表明TGO的形成过程对涂层的使用寿命起着决定性的作用[4-6]。

但具体由大气等离子喷涂而成的涂层在高温氧化过程中的TGO长大过程却少有研究。

本文对大气等离子喷涂的MCrAlY涂层在1100℃高温条件下的氧化过程进行了研究,对热障涂层的研发具有重要的理论指导和应用价值。

2实验材料及实验方法2.1实验材料制备以镍基高温合金GH4099为涂层基底,金属过渡层材料为MCrAlY(成分对照如表1),8%Y2O3部分稳定的ZrO2为陶瓷层材料,喷涂前试样表面进行喷砂处理,以获得更大的机械咬合面积,增强涂层/基体的界面结合。

YSZ热障涂层的微观结构及其影响

YSZ热障涂层的微观结构及其影响YSZ热障涂层的微观结构及其影响热障涂层（YSZ）是一种常用于陶瓷热障涂层的材料，具有良好的耐热性能和绝缘性能。

它由陶瓷氧化物氧化锆稳定剂（YSZ）组成，经过特殊工艺制备而成。

YSZ热障涂层的微观结构对其性能具有重要影响。

本文将从微观结构的角度来探讨YSZ热障涂层的影响。

首先，YSZ热障涂层的微观结构主要由YSZ颗粒和粘结相组成。

YSZ颗粒是热障涂层的主要耐热组分，具有高熔点和优异的绝缘性能。

它们通常具有多孔结构，这有助于提高热稳定性和减少热传导。

粘结相则起到连接YSZ颗粒的作用，以增强涂层的结构稳定性。

其次，YSZ热障涂层的YSZ颗粒尺寸和分布对其性能具有重要影响。

较小的YSZ颗粒尺寸可以提高涂层的密实性和耐热性能。

这是因为小颗粒能更紧密地填充涂层中的空隙，减少热传导通道，并提供更多的界面反射。

此外，YSZ颗粒的均匀分布有助于提高涂层的力学性能和耐久性。

此外，YSZ热障涂层中粘结相的类型和含量也会影响其性能。

通常使用的粘结相包括玻璃和陶瓷粘结剂。

玻璃粘结剂可以提供较好的粘结性能和耐化学腐蚀性能，但在高温下容易软化。

陶瓷粘结剂则具有较高的耐热性能，但可能会影响涂层的机械性能。

因此，合理选择粘结相的类型和含量是提高YSZ热障涂层性能的关键。

最后，除了上述微观结构因素外，YSZ热障涂层的制备工艺也会对其微观结构和性能产生重要影响。

例如，涂层的喷涂工艺和热处理条件会影响YSZ颗粒的熔融和结晶行为，从而影响涂层的微观结构和性能。

综上所述，YSZ热障涂层的微观结构对其性能具有重要影响。

合理调控YSZ颗粒尺寸和分布、粘结相的类型和含量，以及优化制备工艺，可以提高热障涂层的耐热性能、绝缘性能和耐久性，从而满足高温应用的要求。

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关键词：热障涂层；热生长氧化物；扩散机理中图分类号：ＴＧ１７４．４文献标识码：Ａ文章编号：１６７４ — ７１２７（２０１４）０６ — ０００３ — ０６ＤＯＩ１０．３９６９￣．ｊｓｓｎ．１６７４ — ７１２７．２０１４．０１．００３
ｏｘｉｄｅ（ＴＧＯ）ｗａｓｆｏｕｎｄａｔｂｏｔｈｔｈｅＴＣ／ＢＣａｎｄＢＣ／ｓｕｂｓｔｒａｔｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ．ＴｈｅＴＧＯｌｏｃａｔｅｄａｔＴＣ／ＢＣｉｎｔｅｒｆａｃｅｍａｉｎｌｙｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆＡｌ２Ｏ３ａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｏｘｉｄｅｏｆＣｒ２０３，ｓｐｉｎｅｌａｎｄＮｉＯ（ＣＳＮ）．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅＴＧＯｌｏｃａｔｅｄａｔＢＣ／
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｉｇｈｖｅｌｏｃｉｔｙｏｘｙ — ｆｕｅｌ（ＨＶＯＦ）ａｎｄａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｐｌａｓｍａｓｐｒａｙ（ＡＰＳ）ｐｒｏｃｅｓｓｗｅｒｅｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏｐｒｅｐａｒｅｔｈｅｒｍａｌｂａｒｒｉｅｒｃｏａｔｉｎｇｓ（ＴＢＣｓ）ｏｎＱＴ－５００ｃａｓｔｉｒｏｎ，ｗｈｉｃｈｕｓｅｄｗｉｄｅｌｙｉｎｉｎｔｅｒｎａｌｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅ．
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（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ；２ＴｉａｎｊｉｎＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＪｏｉｎｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ）
Ｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓａｔｅｆｒ２．５ｈ，８ｈ，ｌ５ｈ，５０ｈａｎｄ１ＯＯｈｗｅｒｅｅｖａｌｕａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｍａｒｌｌｙｇｒｏｗｔｈ
陆冠雄１，２，刘彻１，２，郝利军，叶福兴
（１．天津市现代连接技术重点实验室，天津，３０００７２；２．天津大学材料科学与工程学院，天津，３０００７２）
摘要：本文采用超音速火焰喷涂（ＨＶＯＦ）和大气等离子喷涂（ＡＰＳ）技术，在内燃机用球墨铸铁ＱＴ－５００试样上制备热障涂层（ＴＢＣｓ），并对其在１０５０。Ｃ恒温氧化条件下的氧化情况与时间的关系进行了研究，分析了扩散机理。实验中，分别提取恒温氧化２．５ｈ，８ｈ，１５ｈ，５０ｈ和１００ｈ的试样，对涂层的氧化情况进行表征，结果表明：在陶瓷层／粘结层界面和粘结层／基底界面均形成了热生长氧化物（ＴＧＯ）层。陶瓷层／粘结层界面的热生长氧化物主要由Ａ１Ｏ以及Ｃｒ２０、尖晶石和ＮｉＯ的混合氧化物（ＣＳＮ）组成。粘结层／基底界面的热生长氧化物主要由Ａ１Ｏ组成。自由表面扩散、晶界扩散和晶内扩散是元素在ＢＣ层中扩散的主要途径。
第６卷第２期
２０１４年６月
热喷涂技术
ＴｈｅｒｍａｌＳｐｒａｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｂ１．６．ＮＯ．２
Ｊｕｎ．．２０１４
ＱＴ－５００基体上等离子喷涂８ＹＳＺ
热障涂层系统的高温氧化行为研究