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等离子喷涂-物理气相沉积7YSZ热障涂层沉积机理及其CMAS腐蚀失效机制

张小锋 , 周克崧 , 宋进兵 , 邓春明 , 牛少鹏 , 邓子谦

无机材料学报 doi:10.15541/jim20140397

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。

关键词: 等离子喷涂-物理气相沉积 , 沉积机理 , CMAS腐蚀 , 腐蚀机制

燃气热冲击对PS-PVD和APS热障涂层的微结构和隔热性能的影响

张永 , 刘敏 , 张吉阜 , 许晓嫦 , 宋进兵

中国表面工程 doi:10.11933/j.issn.1007-9289.2016.03.008

采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)和大气等离子喷涂(APS)技术分别制备柱状和层状YSZ陶瓷层,在1 250℃的燃气热冲击下对比研究两种涂层体系的微结构演变和隔热性能变化.结果显示,燃气热冲击后PS-PVD和APS制备的两种YSZ层主要由t'相和c相构成.APS制备的YSZ层微裂纹不断生长开裂并出现局部层状剥落,而PS-PVD制备的YSZ层的“菜花头”间隙不断增大并出现局部“菜花头”剥落.同时表明,PS-PVD制备的热障涂层在长期燃气热冲击时抗氧化性及隔热效果均优于APS制备的热障涂层.

关键词: 等离子喷涂-物理气相沉积 , 热障涂层 , 燃气热冲击 , 失效分析

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