等离子喷涂抗高温氧化涂层的组织性能分析

《等离子喷涂抗高温氧化涂层的组织性能分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要本文利用大气等离子喷涂技术(APS)在20G表面分别制备了NiCrAIY，Z102，A1203以及Zr02-A1203复合抗氧化涂层，通过X射线衍射(XRD)、电子探针(EPMA)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微分析(TEM)等检测方法研究了四种不同抗氧化涂层的微观组织结构、抗氧化性及耐磨性，探讨了四种涂层的抗氧化机制和高温氧化失效机理，并通过理论计算分析各种涂层的热震性能。试验表明，等离子喷涂NiCrAIY涂层主要fllNi基固溶相、Ni3AI、NiAI和非晶相组成；非晶组织分布在晶界处有利于提高涂层的强度；涂层有裂纹和孔隙等缺陷；氧化后涂层表面则形成了一层A120

2、3保护膜；Y元素的加入有利于提高涂层抗氧化性能，Y相主要分布于A1203膜中，能将A1203膜与涂层基体紧紧“锚住”，提高了涂层的使用寿命；等离子喷涂NiCrAIY层平均硬度为490．3HV0．1：其磨损机制为剥落和犁沟磨损。等离子喷涂越203涂层主要由a-A1203、1,-A1203相组成；经TEM分析涂层舡A1203相晶粒细小光滑，而y-A1203相晶粒粗大；A1203相与NiCrAIY结合较好；氧化后A1203涂层面层裂纹增多；粘结层表面覆盖一层致密热生长氧化膜(1'GO)，，NiCrAIY中m向粘结层和面层界面富集；经涂层面分析，O没有扩散到基体中，涂层能够很好的保护基体

3、；A1203涂层抗氧化机理为通过粘结层中Al元素向界面扩散，形成致密氧化膜覆盖于粘结层表面以保护涂层。涂层失效机制可描述为由于TGO产生的内应力超过涂层结合强度而使涂层脱落失效：A1203层平均硬度为864HVol，具有较高的耐磨性能，其磨损机制是由脆性疲劳所造成的微观剥落。’等离子喷涂Zr02涂层主要由ff-Zr02和t-zt02相组成；面层中孔隙、微裂纹等疏松组织，这些组织可提高涂层的热震性能；粘结层与面层结合紧密，没有发现裂纹存在；粘结层与基体之间属于机械结合；涂层氧化后面层陶瓷相形核生长，出现针状组织；在基体与粘结层之间出现组织租大的氧化物，影响涂层性能，导l，I致涂层失

4、效；粘结层与面层之间没有形成TGO。Zr02层平均硬度为783HVo．I，在摩擦磨损初期属于剥层磨损，后期属于犁沟磨损．等离子喷涂Zr02．A1203复合涂层主要有a-Ah03和c．-Zr02及t-Zr02---相组成；涂层表面凹凸不平，小片层间的微孔隙以及未结合区形成的界面处常产生平行于涂层表面的横向裂纹；面层中Zr02和A1203能够互熔在一起，组织致密；涂层在氧化过程中在粘结层和面层结合处形成一层TGO，TGO组织致密，能够保护基体；粘结层中Al元素优先和O结合形成TGO：复合层平均硬度为772HV0．J；涂层磨损机制为剥层磨损并伴有一定程度的犁沟磨损．本文研究的几种抗氧化

5、涂层，在氧化试验中均表现出良好的抗氧化性能，氧化增重曲线遵循Wagner抛物线定律，其中A1203涂层氧化增重最少；通过对面层与粘结层的热应力计算得出，Zr02涂层的内应力最小；综合比较，在20G基体上喷涂A1203涂层具有最好的抗氧化、热震及耐磨综合性能。关键词：等离子喷涂，涂层，抗氧化，微观组织，热震性能HstudiedbyX—raydiffraction唧)，electronprobemicroanalysis(EPMA)，$cmlelectronmicroscopy(SEM)，transmissionelectronmicroscopy(TEM)．nlemechanism

6、ofoxidationresistanceandthemaincauseofthehightemperatureoxidationfailurewerediscussed．ThethermalshockpropertiesofthecoatingswereanalyzedbycalculatingthethermalstressattheinterfacebetweenNiCrAIYandeeranliclayers．TheresultsshowthatplasmasprayedNiCrAIYcoatingsconsistofNi-busedphases，Ni3AI，NiAIan

7、dmanyamorphousphases．TheamorphousphasesarelocatedOilthegrainboundaries，whichCanimprovethestrengthofthecoatings．Manymicrocracksandporesexistinthecoatings．AlayerofA1203filmhasformedduringoxidation．ElementYcanenhancethepropertiesofoxidationresis