等離子噴涂抗高溫氧化涂層的組織性能分析.pdf

1、本文利用大氣等離子噴涂技術(shù)(APS)在20G表面分別制備了NiCrAlY，ZrO2，Al2O3以及ZrO2-Al2O3復(fù)合抗氧化涂層，通過X射線衍射(XRD)、電子探針(EPMA)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微分析(TEM)等檢測方法研究了四種不同抗氧化涂層的微觀組織結(jié)構(gòu)、抗氧化性及耐磨性，探討了四種涂層的抗氧化機(jī)制和高溫氧化失效機(jī)理，并通過理論計(jì)算分析各種涂層的熱震性能。 試驗(yàn)表明，等離子噴涂NiCrAlY涂層主要由

2、Ni基固溶相、Ni3Al、NiAl和非晶相組成；非晶組織分布在晶界處有利于提高涂層的強(qiáng)度；涂層有裂紋和孔隙等缺陷；氧化后涂層表面則形成了一層Al2O3保護(hù)膜；Y元素的加入有利于提高涂層抗氧化性能，Y相主要分布于Al2O3膜中，能將Al2O3膜與涂層基體緊緊“錨住”，提高了涂層的使用壽命；等離子噴涂NiCrAlY層平均硬度為490.3HV0.1；其磨損機(jī)制為剝落和犁溝磨損。 等離子噴涂Al2O3涂層主要由α-Al2O3、γ-Al2

3、O3相組成；經(jīng)TEM分析涂層α-Al2O3相晶粒細(xì)小光滑，而γ-Al2O3相晶粒粗大；Al2O3相與NiCrAlY結(jié)合較好；氧化后Al2O3涂層面層裂紋增多；粘結(jié)層表面覆蓋一層致密熱生長氧化膜(TGO)，NiCrAlY中Al向粘結(jié)層和面層界面富集；經(jīng)涂層面分析，O沒有擴(kuò)散到基體中，涂層能夠很好的保護(hù)基體；Al2O3涂層抗氧化機(jī)理為通過粘結(jié)層中Al元素向界面擴(kuò)散，形成致密氧化膜覆蓋于粘結(jié)層表面以保護(hù)涂層。涂層失效機(jī)制可描述為由于TGO產(chǎn)生

4、的內(nèi)應(yīng)力超過涂層結(jié)合強(qiáng)度而使涂層脫落失效；Al2O3層平均硬度為864HV0.1，具有較高的耐磨性能，其磨損機(jī)制是由脆性疲勞所造成的微觀剝落。 等離子噴涂ZrO2涂層主要由c-ZrO2和t-ZrO2相組成；面層中孔隙、微裂紋等疏松組織，這些組織可提高涂層的熱震性能；粘結(jié)層與面層結(jié)合緊密，沒有發(fā)現(xiàn)裂紋存在；粘結(jié)層與基體之間屬于機(jī)械結(jié)合；涂層氧化后面層陶瓷相形核生長，出現(xiàn)針狀組織；在基體與粘結(jié)層之間出現(xiàn)組織粗大的氧化物，影響涂層性能

5、，導(dǎo)致涂層失效；粘結(jié)層與面層之間沒有形成TGO。ZrO2層平均硬度為783HV0.1，在摩擦磨損初期屬于剝層磨損，后期屬于犁溝磨損。 等離子噴涂ZrO2-Al2O3復(fù)合涂層主要有α-Al2O3和c-ZrO2及t-ZrO2三相組成；涂層表面凹凸不平，小片層間的微孔隙以及未結(jié)合區(qū)形成的界面處常產(chǎn)生平行于涂層表面的橫向裂紋；面層中ZrO2和Al2O3能夠互熔在一起，組織致密；涂層在氧化過程中在粘結(jié)層和面層結(jié)合處形成一層TGO，TGO組