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一种单晶高温合金NiCrAIY/ZrO_2热障涂层的氧化行为

李美姮  
【摘要】: 本文采用磁控溅射方法在镍基单晶高温合金基体上沉积Ni-30Cr-12Al- 0.3Y(wt%)粘结层,用电子束-物理气相沉积方法(EB-PVD)沉积7wt%Y_2O_3-ZrO_2 陶瓷层。用热重分析(TGA)、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射 电镜(TEM)等分析手段,分别研究了溅射NiCrAlY涂层的组织结构及高温行 为,真空热处理对溅射NiCrAlY涂层抗氧化性能的影响,以及EB-PVD热障涂 层的高温氧化行为。 实验结果表明,溅射NiCrAlY涂层在900℃、1000℃、1100℃条件下,生成 的氧化物都是单一的具有优异粘附性的Al_2O_3膜;在氧化过程中存在θ→α-Al_2O_3 相变,温度越高,相变越快。真空热处理促进并加速溅射NiCrAlY涂层表面生 成保护性良好的α-Al_2O_3,使溅射NiCrAlY涂层的抗高温氧化性能大大提高。热 障涂层在高温氧化过程中,陶瓷层中t′相逐渐分解t相和c相,1050℃至室温 循环300次后,观察到由t相转变而来的m相;根据显微结构观察和EDS、XRD 分析结果,提出涂层失效机理如下:显微裂纹最初沿陶瓷层柱状晶界形成,随后 扩展到整个陶瓷层;显微裂纹的扩展,加速氧离子的传输,随着热循环的继续进 行,粘结层发生比较严重的内氧化,由于Al的贫化,在TGO与粘结层分界面 附近出现大量的NiO或Ni(Al,Cr)_2O_4尖晶石等复杂的氧化产物,进而TGO体积 迅速增加,导致应力增加;氧化物长大应力和陶瓷层的相变应力会削弱陶瓷层与 粘结层间的粘附性,引起热障涂层失效。


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