任维鹏
,
李青
,
宋尽霞
,
肖程波
,
曹春晓
宇航材料工艺
doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2014.02.002
综述了国内外粘接层氧化行为的研究进展,介绍了粘接层氧化动力学,热生长氧化物(TGO)组成、结构和形成规律,以及亚稳态Al2O3向稳态Al2O3的转变规律,分析了MCrAlY粘接层及基体合金中的各种元素对TGO形貌和成分的影响,指出了深入研究粘接层氧化行为的方法以及热障涂层性能的改善措施.
关键词:
热障涂层
,
氧化行为
,
粘接层
,
热生长氧化物
任维鹏
,
李青
,
肖程波
,
宋尽霞
,
何利民
,
黄光宏
,
曹春晓
材料工程
doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2014.06.014
采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)法在一种新型定向合金DZ466试样上沉积CoCrAlY黏结层和Y2O3部分稳定的ZrO2 (YSZ)陶瓷层,对试样进行1050℃循环氧化实验并研究其氧化行为.采用X射线衍射仪、扫描电镜以及电子探针对涂层进行显微组织分析.结果表明:在1050℃氧化1500h(热循环31次)后,热障涂层未出现脱落现象.沉积态CoCrAlY黏结层主要由β-CoAl相和γCo固溶体相组成;1050℃氧化后,在黏结层与陶瓷层界面生成热生长氧化物(TGO)层,黏结层逐渐发生退化,β-CoAl相逐渐转化为γCoNi固溶体;氧化1200h后,TGO/黏结层界面出现由活性元素效应导致的氧化物栓;TGO层皱曲行为导致TGO/陶瓷层界面出现微裂纹,并且该微裂纹沿界面横向扩展.TGO的厚度增长模式符合分段抛物线规律,初期氧化速率常数约为6.1×1014cm2/s,氧化400h后,氧化速率常数减小,为3.5×1014 cm2/s.
关键词:
DZ466合金
,
CoCrAlY
,
黏结层
,
热生长氧化物
,
氧化速率常数
韩萌
,
黄继华
,
陈树海
航空材料学报
doi:10.3969/j.issn.1005-5053.2013.5.014
综述了热障涂层应力数值模拟类研究的现状.在此基础上,总结归纳了数值模拟类研究的三个关键性问题:热生长氧化物、材料非线性特性、涂层应力状态与失效机理的内在联系.分别探讨了热生长氧化物的生成对于涂层系统内部应力以及失效模式的影响;涂层蠕变特性对于涂层系统内应力的缓解机制;对比分析了APS/EB-PVD两种不同制备方法所制备的热障涂层的失效模式,总结归纳了涂层系统应力状态与其失效机理的内在联系.最后,探讨了当前传统8YSZ热障涂层的发展瓶颈,明确了未来热障涂层的发展将落在探索新型低热导率隔热材料、探索合理的热障涂层体系两个方面.着重介绍了新型双陶瓷层热障涂层,总结了双陶瓷层热障涂层几个重要的研究问题.对于研究新型热障涂层的应力状态及其失效行为、优化涂层结构,有限元数值模拟仍是一种重要的研究手段.
关键词:
热障涂层
,
应力
,
失效
,
数值模拟
,
热生长氧化物
陈慧君
,
李其连
,
程旭东
,
陈良国
材料保护
热生长氧化物（TGO）的形成与长大是热障涂层失效的根本原因。先在IC10高温合金基体上超音速火焰喷涂（HVOF）NiCoCrAlTaY粘结层（BC层），再等离子喷涂二元稀土氧化物稳定氧化锆Sc2O3-Y2O3-ZrO2，喷涂样在1100℃恒温氧化，利用扫描电镜（SEM）、能谱仪对断面形貌、成分进行分析，讨论了TGO的形成机理及其与热障涂层失效的关系。结果表明：随着恒温氧化时间增加，TGO层底部的Al含量下降，上部、中间弥散颗粒及底部的Ni含量均增加，上部、中间弥散颗粒中Cr含量均减少；喷涂样氧化140h后，TGO层由靠近陶瓷层的富（Cr，A1）2O3层、弥散其间的富Ni颗粒和靠近BC层的Al2O3层组成；TGO的生长速度先由Al与O：化学反应速度决定，接着受BC层金属元素扩散速度影响，最后由化学反应速度和扩散速度共同控制；减少TGO中的有害氧化物含量以降低涂层内的应力，可有效提高涂层的使用寿命。
关键词:
热障涂层
,
热生长氧化物
,
涂层失效
,
生长速度
王志平
,
林小娉
,
贾鹏
,
丁坤英
材料热处理学报
采用等离子喷涂技术在高温合金上制备了热障涂层（粘接层为NiCoCrAlY,陶瓷层为ZrO2-8%Y2O3）,利用扫描电镜（SEM）、拉曼光谱（RFS）等试验手段研究了热障涂层热震失效的过程及残余应力大小和分布状态。结果表明：150次热循环后,陶瓷层和热生长氧化物（TGO）生成裂纹,其中陶瓷层的裂纹已扩展至TGO;350次热循环后,出现贯通陶瓷层与金属过渡层的纵向裂纹,涂层局部出现剥离,剥离位置位于TGO与陶瓷层界面;拉曼光谱（RFS）分析结果显示TGO内应力水平分布不均,局部厚大区和凸凹处残余应力较大,是裂纹萌生、扩展的主要部位。
关键词:
热障涂层
,
热循环
,
残余应力
,
热生长氧化物
杜仲
,
王全胜
,
柳彦博
,
李云凯
航空材料学报
doi:10.11868/j.issn.1005-5053.2015.5.005
利用超音速火焰喷涂技术在DZ40M合金表面制备了NiCoCrAlY粘结层,采用等离子喷涂技术在粘结层表面制备了陶瓷面层,并对整体热障涂层进行了真空预氧化处理.通过高温静态氧化实验研究了真空预氧化对热障涂层的氧化行为的影响.结果表明:真空预处理可在MCrAlY粘结层和陶瓷面层的界面处形成连续、致密的α-Al2O3层;在1050℃下氧化800h后,喷涂态涂层TGO中除α-Al2O3外,还生成了大量尖晶石氧化物,而预氧化涂层TGO则以α-Al2O,为主;预氧化处理有效抑制了涂层在高温氧化过程中尖晶石氧化物的形成,从而降低了整体氧化膜的生长速率.
关键词:
热障涂层
,
真空预处理
,
高温氧化
,
热生长氧化物
刘小菊
,
王腾
,
李偲偲
,
李强
表面技术
doi:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.11.015
目的 研究热障涂层( TBC)和纯粘结层( BC)在1100 ℃下的氧化动力学,探讨热障涂层中热生长氧化物( TGO)组织结构的演化规律. 方法 运用大气等离子喷涂技术( APS)制备涂层,对比分析热障涂层和纯粘结层涂层在1100 ℃下等温氧化2 ,5 ,10 ,20 ,50 ,100 ,200 ,350 h后TGO的厚度变化,并对粘结层表面和热障涂层截面分别进行XRD和SEM分析. 结果 热障涂层和纯粘结层在1100 ℃下的氧化动力学均遵循抛物线规律,其氧化速率常数分别为0. 344,0. 354 μm/h0. 5. 等温氧化5 h后,TGO的主要成分为α-Al2 O3;随氧化时间的增加,生成Cr2 O3、尖晶石、CoO和NiO的混合氧化物;等温氧化100 h后,CoO消失,NiO的含量减少,Cr2 O3 和尖晶石氧化物的含量增加;等温氧化350 h后,TGO中出现了裂纹,但涂层仍未剥落,TGO最终由顶层多孔的混合氧化物层和底层具有柱状晶结构的α-Al2 O3 层组成. 结论 顶层陶瓷层( TC)对热障涂层氧化速率常数的影响很小. TGO中α-Al2 O3 首先形成并以柱状结晶的方式生长,混合氧化物在α-Al2 O3 上形成,TGO生长速度逐渐变缓.
关键词:
APS
,
热障涂层
,
等温氧化
,
热生长氧化物
,
生长动力学
,
微观结构
陈亚军
,
林晓聘
,
王志平
,
王立君
,
董允
材料热处理学报
分别采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)和等离子喷涂技术(APS)在高温合金GH99上制备MCrAIY粘结层(BC),对比研究了HVOF和APS喷涂BC对热障涂层(TBC)热震性能的影响.结果表明:APS喷涂BC界面不平整,起伏较大,而HVOF喷涂BC界面较为平整.经200次热循环后,APS喷涂TBC部分陶瓷层(TC)出现剥落,而HVOF喷涂TBC仅出现细小的微裂纹,生成的热生长氧化物(TGO)比较厚.APS喷涂TBC经过350次热循环后,涂层出现大面积剥离现象.而HVOF热障涂层直到热震430次后,才出现涂层剥落现象.拉曼光谱(RFS)残余应力分析表明,HVOF热障涂层残余应力随热循环次数的增加而增大,热震350次后APS热障涂层残余应力为650MPa,而HVOF热障涂层热震400次后其应力值仅为571 MPa.可知,HVOF显著地提高了TBC的热震性能.
关键词:
超音速火焰喷涂
,
等离子喷涂
,
热障涂层
,
热生长氧化物
,
热循环
华佳捷
,
张丽鹏
,
刘紫微
,
王墉哲
,
林初城
,
曾毅
,
郑学斌
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2012.11565
热障涂层(TBCs)具有良好的隔热性能,是航空发动机和燃气轮机高温部件的关键材料.在高温服役状态,涂层的剥落会导致严重的问题,因此涂层的失效机理是热障涂层研究中急需解决的关键问题.除了受到热应力的影响以外,涂层的失效还受到热生长氧化物(TGO)的生成和长大的影响,本文介绍了粘结层的氧化、TGO的生成和长大以及微裂纹的产生、扩展、直到剥离脱落的整个失效过程；探讨了影响热障涂层失效的若干因素,并对其进行的各种改性研究进行了概述,分析总结了热障涂层失效相关研究的发展趋势.
关键词:
热障涂层
,
失效
,
热生长氧化物
,
热应力裂纹
,
综述
张小锋
,
周克崧
,
张吉阜
,
张永
,
刘敏
,
邓春明
无机材料学报
doi:10.15541/jim20150199
采用低温超音速等离子喷涂(LT-HVOF)在镍基高温合金基体上制备了NiCoCrAlYTa粘结层,使用大气等离子喷涂(APS)在粘结层上制备了7wt％Y2O3-ZrO2 (7YSZ)陶瓷层.基于动态试验即热震实验研究了粘结层的扩散氧化机制,探讨了陶瓷层的烧结及相变过程并观察了涂层的结构演变.实验结果表明:动态热循环下随着热震次数的增加,粘结层组元扩散氧化形成热生长氧化物(TGO)且厚度逐渐增加.此外,粘结层组元在温度梯度下沿陶瓷层内部裂纹向高温区扩散,最终在陶瓷层表面裂纹区域出现大量的金属氧化物,同时粘结层组元的扩散有助于陶瓷层的烧结,导致其显微硬度逐渐增大,而粘结层由于Kirkendall效应,其内部出现大量的孔洞导致其显微硬度逐渐降低.另外,陶瓷层在相变及热循环应力的作用下表面出现了大尺度的宏观裂纹.
关键词:
热震
,
热生长氧化物
,
失效机理
,
结构演变
