大气等离子喷涂YSZ热障涂层微观组织、相组成及电容特性的研究
Study on Microstructure, Phase Composition and the Capacitance Characteristics of YSZ Thermal Barrier Coatings Prepared by APS
氧化钇稳定氧化锆(YSZ)热障涂层服役过程中Zr02相变和微观组织结构变化;陶瓷涂层与金属过渡层之间热生长氧化物(TGO)的生长、分布以及涂层这些微观结构和缺陷导致涂层性能的变化直接影响到热障涂层的服役寿命.本文采用大气等离子喷涂(APS)工艺分别在以高温合金基底,CoNiCrAlY为金属过渡层的表面制备了两种不同Zr02-8%Y203粉体的YSZ热障涂层.实验中分别对涂层试样在1100℃、1150℃和1200℃三个不同高温下保温5h时效退火处理和在1100℃条件下水冷热震性能循环实验.采用了Olympus金相显微镜和Philips扫描电镜观测了涂层组织和微观形貌变化;用MH-6显微硬度仪测量涂层的显微硬度;用日本理学X射线衍射仪对试样做XRD衍射分析;用EDAX设备分析了涂层和粉体的微区成分;采用了电桥法测定涂层的相应电容值,并且计算涂层的介电常数.结果表明:(1)与YSZ粉体颗粒不同的是原始涂层中主要是非稳定四方相T',粉体没有T相,相变发生在YSZ粉体颗粒在基体上沉积冷凝的喷涂过程中.北京YSZ涂层中M相含量明显低于益阳YSZ涂层的M相含量.在热震循环过程中YSZ涂层中并未发生明显的T→M相变过程.在1200℃,10h时效处理后,涂层的M相含量升高,T相含量降低证明了T→M相变主要发生在时效过程中.(2)两种涂层经过高温时效处理后致密度和显微硬度值有所提高,主要是因为涂层中YSZ晶粒在时效中长大,晶粒取向发生小角度旋转的以及少部分T→M相变的结果.(3)在时效处理中北京粉末制备的YSZ涂层的性能稳定性优于益阳YSZ涂层,这与两种YSZ粉体在喷涂过程中熔化状态、沉积冷凝状态有密切关系.北京YSZ涂层的组织结构疏松,微裂纹较多在一定程度上减缓、释放了涂层中各种应力,涂层性能更加稳定.(4)涂层电容值随着时效温度的升高而逐渐降低,在热震循环中涂层电容值呈波动的相对稳定的趋势,不同测试频率对涂层的电容值测量结果影响不大.涂层的T→M相变只是影响其变化的次要因素,在粘接层与陶瓷涂层的界面生成了以A1203为主的TGO是电容值变化的就要因素.(5)在1100℃下北京YSZ涂层的抗热震性能明显优于益阳YSZ涂层.益阳YSZ涂层出现了多种失效形式.失效机理主要是在陶瓷涂层与金属基底之间的热膨胀系数不匹配产生的应力下,加之金属过渡层被氧化,以及在循环热应力反复作用下YSZ涂层中出现纵横交错的裂纹并快速扩展导致涂层的失效.
- 作者：
- 冯健
- 学位授予单位：
- 大连海事大学
- 专业名称：
- 材料科学与工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2013年
- 导师姓名：
- 高阳
- 中图分类号：
- TG174.4
- 关键词：
- APS；YSZ热障涂层；高温时效；热震循环；相组成；电容特性
- APS；YSZ thermal barrier coating；High temperature aging；Thermal shock cycles；Phase composition；Capacitance