摘要:

采用PS-PVD工艺在预制有NiCoCrAlYTa黏结层的K417G高温合金上制备YSZ陶瓷层;采用万能拉伸试验机、粒子冲刷仪、静态氧化炉等设备测试PS-PVD YSZ陶瓷涂层的结合强度、抗粒子冲刷和抗高温氧化性能;采用SEM和EDS分析涂层表面、截面形貌和元素分布等.结果表明:表面粗糙度对YSZ陶瓷层拉伸结合强度、抗粒子冲刷和抗高温氧化性能的影响很大.随着粗糙度的增大,结合强度先增大而后减小.Ra=0.40μm表面上沉积的YSZ涂层,其结合强度最高,达到23.5 M Pa.拉伸断裂发生在涂层内部,并距离黏结层40～70μm的位置.随着表面粗糙度的增大,冲刷速率先减小而后增大,Ra=0.40μm涂层的抗粒子冲刷性能最好,冲刷速率仅为2.8×10-3 g/g,表面起伏小和孔隙率低是涂层具有良好抗粒子冲刷性能的重要原因.不同表面粗糙度制备的YSZ涂层均能生成致密连续的热生长氧化物(T GO)层.粗糙度大则生长的T GO起伏大,更容易导致局部增厚和应力集中而失效.

摘要:

通过等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术在3种不同工艺参数下制备7YSZ热障涂层.采用XRD和SEM分析涂层的相结构和微观组织,利用激光脉冲法测量涂层不同温度下的热导率.结果表明:通过调整工艺参数中电流的大小和等离子气体成分,可以制备截面呈柱状、致密层状和柱-颗粒状混合组织结构,表面呈"菜花"状或起伏的多峰状的YSZ热障涂层.涂层的相结构由粉末的单斜相氧化锆(m-ZrO2)转变为涂层中的四方相氧化锆(t-ZrO2),并保留至室温.在700~1100℃时,YSZ涂层的热导率随着温度的升高而增大.柱状晶结构涂层因具有较大的孔隙率,可以有效降低涂层的热导率,其热导率为1.0~1.2W·m-1·K-1;而层状结构涂层由于比较致密,其热导率相对较高.

摘要:

为提高PS-PVD热障涂层的抗沙尘冲刷性能,采用等离子喷涂-物理气相沉积技术(PS-PVD)在粘结层表面制备7YSZ热障涂层,在大气环境下进行了抗沙尘冲刷试验,研究了PS-PVD热障涂层的冲刷行为及失效机制.通过等离子喷涂技术(APS)在PS-PVD热障涂层表面制备了一层致密层状涂层,重点研究了致密层厚度对PS-PVD热障涂层抗冲刷失效性能的影响.结果表明PS-PVD热障涂层冲刷过程经历了快速、中速、慢速冲刷三个阶段.随着致密层厚度的增加,对PS-PVD热障涂层抗冲刷性能的提升愈加明显.当致密层厚度为5μm时,对PS-PVD热障涂层抗冲刷性能无明显影响;当致密层厚度为10μm时,PS-PVD热障涂层抗冲刷性能提高了约30％;当致密层厚度为20μm时,PS-PVD热障涂层抗冲刷性能约提高了4倍.

摘要:

采用等离子喷涂–物理气相沉积(PS-PVD)以团聚烧结的 ZrO2-7wt%Y2O3(7YSZ)为原料，在850℃基体温度下制备了具有柱状结构的热障涂层，并通过场发射–扫描电镜(FE-SEM)分析了柱状涂层的显微结构。此外，基于原子聚集理论研究了PS-PVD中7YSZ气相分子在基体上的形核与生长过程，并分析了高温基体下7YSZ柱状涂层的沉积机理。另外，在1200℃下考察了7YSZ柱状涂层的CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)腐蚀性能并探讨了其失效机制。结果表明，在高温下7YSZ气相分子首先吸附在基体上，通过扩散迁移形成分子团并吸附在基体表面上，然后分子团再与其它吸附分子碰撞结合形成临界晶核，临界晶核捕获其它吸附分子进一步长大形成晶核小岛，此后依次经过岛状、联并、沟道、连续这四个阶段最终形成柱状涂层。高温下 CMAS熔融并在毛细管力的作用下沿着柱状涂层孔隙往深度方向渗透并与涂层发生热化学反应使涂层热物性能发生变化，最终在热化学与热机械的相互作用下使涂层内产生平行于表面的横向裂纹，并层离失效。

摘要:

目的 研究等离子啧涂-物理气相沉积(PS-PVD)制备热障涂层过程中影响气膜冷却孔堵塞情况的因素.方法 采用等离子喷涂-物理气相沉积技术,以团聚烧结的ZrO2-7％Y2O3(7YSZ)为原料,在预制有气膜冷却孔的高温合金板基体上制备热障涂层,研究了气膜冷却孔的孔角度、孔径大小等参数在热障涂层制备过程中对气膜孔堵塞情况的影响.结果 当气膜冷却孔的孔径控制为0.85 mm时,30°、60°、90°气膜冷却孔的孔径收缩率分别为19.01％、14.50％、14.86％,孔径收缩率随角度的增大而减小,一定程度后保持稳定.孔内部涂层结构与表面涂层结构一致,都为柱状结构涂层.当气膜冷却孔的角度控制为30°时,孔径为1.0、1.3、15 mm的气膜冷却孔的孔径收缩率分别为36.40％、31.70％、24.45％,孔径收缩率随孔径的增大而减小.涂层在孔内的分布深度随孔径大小的增大而增大.结论 气膜冷却孔的角度会影响PS-PVD热障涂层的沉积效率,从而影响孔径收缩率.气膜冷却孔的孔径不影响PS-PVD热障涂层的沉积效率,但会影响孔径收缩率.

摘要:

采用等离子喷涂–物理气相沉积技术(PS-PVD)在SiC/SiC复合材料表面依次制备了Si(底层)、3Al2O3-2SiO2 (中间层)、Yb2SiO5(面层)环境障涂层(EBC).利用扫描电子显微镜(SEM)观察分析EBC涂层表面与界面的微观形貌, X 射线衍射仪对喷涂过程中易非晶化的莫来石涂层进行物相分析, 研究了喷涂粉末与高温等离子体的相互作用并探讨了 EBC 涂层的沉积机制.结果表明:通过 PS-PVD技术可制备出低孔隙率、高致密界面的 EBC 涂层.通过观察EBC涂层表面, Si涂层表面无裂纹, 而莫来石和Yb2SiO5涂层表面均发现有微裂纹, 其中莫来石涂层表面的裂纹尺度大于 Yb2SiO5涂层.三层结构的致密 EBC 涂层以液相沉积为主, 同时伴随有气、固沉积.在 Yb2SiO5涂层沉积过程中, 液相沉积导致涂层为致密的层状结构, 蒸发后气相在等离子焰流中及基体表面发生均匀形核和非均匀形核导致涂层中出现大量的纳米晶粒, 而微熔粒子和溅射粒子则形成涂层中亚微米、微米晶粒.

摘要:

采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)方法制备了羽毛柱状结构7YSZ(氧化钇稳定氧化锆,简称YSZ)热障涂层,并对涂层进行了表面镀铝改性研究.在1050℃保温5 min、空冷5 min为一个热循环的条件下,测试了改性前后热障涂层的热循环性能.此外,在1200℃高温下对涂层进行了CMAS(CaO、MgO、Al2O3、SiO2等硅酸铝盐物质的简称)腐蚀实验.采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对涂层显微组织、元素分布及物相组成进行了表征.通过研究喷涂态涂层与镀铝改性涂层的CMAS腐蚀行为,分析了涂层腐蚀机制,并阐述了镀铝改性对涂层耐腐蚀的作用机理.结果表明:镀铝改性后的涂层保持较好的热稳定性,经过5200次热循环后未见涂层剥落.喷涂态涂层受CMAS腐蚀后,产生了"波浪"状形变,CMAS完全渗透了7YSZ涂层;而镀铝改性涂层,由于通过Al与ZrO2原位反应,在涂层表面形成有耐腐蚀的 α-Al2O3致密层,涂层腐蚀情况得到了显著改善.研究发现,α-Al2O3致密层不仅对涂层形成机械保护,还影响CMAS在涂层上的热化学反应,使得CaO、Al2O3、SiO2三种氧化物在涂层上的渗入受到抑制,但MgO在涂层中的渗透未受到明显影响.此外,本文还建立了以菲克第二定律为核心的数学模型,以评估镀铝改性技术对涂层耐CMAS腐蚀能力的影响.