界面阻扩散层对热障涂层性能的影响

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1、第23卷第4期中国表面工程Vol.23No.4502010年8月CHINASURFACEENGINEERING中国表面工程August20102010年doi:10.3969/j.issn.1007−9289.2010.04.005界面阻扩散层对热障涂层性能的影响张晓囡，付东兴，汪礼敏，张景怀，杨中元（北京有色金属研究总院有研粉末新材料(北京)有限公司，北京100088）摘要：热障涂层在高温环境服役过程中，常常由于界面处大量元素的互扩散导致失效。文中选用TiN和TiN−AlN薄膜作为界面处的阻扩散层,与无阻扩散层体系的性能进行对比。采用热震试

2、验研究3种体系粘结层/基体界面的结合性能；为了研究高温环境中界面处元素的扩散情况，将3种体系在1050℃下热氧化处理100h，采用电子探针技术研究各个体系界面处元素的分布。试验结果表明：经过135次热震，TiN阻扩散层体系断裂面出现在粘结层与基体之间；经过240次热震，TiN−AlN阻扩散层体系和无阻扩散层体系断裂面均出现在面层与粘结层之间。微观检测发现无阻扩散层体系的界面处发生了严重的元素扩散；TiN阻扩散层体系界面处几乎不发生元素扩散；而TiN−AlN阻扩散层体系界面处发生少量的元素扩散。关键词：TBCs；互扩散；阻扩散层；TiN；TiN

3、−AlN中图分类号：TG17;O484文献标识码：A文章编号：1007−9289(2010)04−0022−04InfluenceofInterfaceDiffusionBarrierFilmsonPropertiesofThermalBarrierCoatings(TBCs)ZHANGXiao–nan,FUDong–xing,WANGLi–min,ZHANGJing–huai,YANGZhong–yuan(GRIPMAdvancedMaterialsCo.Ltd,GeneralResearchInstituteforNonferrousMe

4、tals,Beijing100088)Abstract:SeriousinterfaceelementsdiffusionalwaysleadtoTBCsfailingaheadoftimeduringservicingathighertemperature.Inthispaper,TiNfilmandTiN−AlNfilmwerechosenasTBCsdiffusionbarrierfilmsandcontrastpropertiestotheconventionalTBCs.Thecoat/substrateinterfaceadhes

5、ionpropertyofthethreesystemswasinvestigatedbyheatshocktesting.Inordertostudyoninterfaceelementsdiffusionpropertiesofthethreesystemsservicingathighertemperature,thesystemsweretreatedat1050℃for100hfirstly,andtheninterfaceelementsprofilewasdetectedbyEPMA.Testingresultsindicate

6、dthatabscissionoccurredatbondcoat/substrateinterfaceofthesystemwithTiNdiffusionbarrierfilmsafter135cycles,andabscissionoccurredatcoat/bondcoatinterfacefortheothertwosystemsafter240cycles.EPMAresultsindicatedthattherewasseriouselementsdiffusionoftheTBCssystemwithoutdiffusion

7、barrierfilm，whiletherewaslittleelementsdiffusionoftheTBCssystemwithTiNdiffusionbarrierfilmandalittleelementsdiffusionoftheTBCssystemwithTiN−AlNdiffusionbarrierfilm.Keywords:TBCs;interdiffusion;diffusionbarrierfilms;TiNfilm;TiN–AlNfilm0引言层/基体之间结合性能的稳定性对热障涂层的使用寿命具有重要的影响。传统热障涂

8、层在高于1350K热障涂层常应用于航空工业中发动机高温零的温度中服役时，粘结层/基体界面处元素的互扩散部件的表面改性，防止热端部件受氧化等侵害，从[5-7]速率大大