NiCoCrAlY粘结层喷涂工艺对8YSZ热障涂层抗氧化性能的影响

目的 提高热障涂层粘结层的抗高温氧化性能。方法 分别采用爆炸喷涂和等离子喷涂工艺制备了不同结构的NiCoCrAlY粘结层,之后通过等离子喷涂制备8YSZ陶瓷层,分析了两种粘结层结构的热障涂层的抗高温氧化性能。利用XRD、SEM和EDS对涂层物相、微观结构和成分进行分析,并对其与基体结合状态、抗高温氧化性能进行研究。结果 爆炸喷涂粘结层内部组织致密,缺陷较少,与基体结合处孔隙少;而等离子喷涂粘结层内部的层状特征明显,孔隙较多,表面粗糙度较低。爆炸喷涂粘结层氧化5 h后,表面生成了一层富Al2O3的致密氧化物膜;而等离子喷涂粘结层表面形成了富NiO、CoO、Cr2O3和Ni(Cr,Al)2O4的氧化物层,并出现了许多微裂纹和片层状氧化物。爆炸喷涂制备的热障涂层试样在前5 h氧化增重速率高于等离子喷涂试样,随后变平缓,而等离子喷涂试样氧化速率依然较高。爆炸喷涂热障涂层的热生长氧化物层（Thermally grown oxide, TGO）经50 h氧化后,仍呈连续状,厚度均匀,粘结层内氧化物缺陷较少。结论 爆炸喷涂粘结层组织均匀、致密,喷涂时涂层的氧化以及热处理的内氧化较少,使得足够的Al较快速地在粘结层表面形成致密的氧化铝,表面一定厚度的氧化铝层抑制了氧和其他金属原子的相向扩散反应,提高了涂层的抗高温氧化性能。     

爆炸喷涂技术制备热障涂层的研究

采用爆炸喷涂技术在M38G合金上制备热障涂层，分析了涂层的结构，形貌，显微硬度，并对涂层的氧化性能进行了研究，结果表明，爆炸喷涂制备的热障涂层均匀，致密，高温氧化过程中，陶瓷层与粘结层界面处生成了连续的Al2O3膜，使TBCs具有良好的抗高温氧化性。     

电热爆炸喷涂法制备Ni-Co-Cr-Al-Y合金粘结层的氧化行为

采用电热爆炸喷涂法在DZ125合金表面制备了Ni-Co-Cr-Al-Y合金粘结层,利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对所制备的粘结层进行了分析.结果表明,所制备的粘结层与基体结合良好,晶粒细小.粘结层在1050℃热循环后其表面生成了致密的Al2O3氧化层,起到了保护基体的作用.试验结果表明,采用电热爆炸喷涂法能够顺利制备Ni-Co-Cr-Al-Y合金涂层.     

爆炸喷涂空心球形氧化锆热障涂层的抗热冲击性能

在镍基高温合金基体DSM11上制备双层结构的热障涂层．粘结底层采用电弧离子镀技术制备的NiCoCrAlY涂层，陶瓷顶层采用爆炸喷涂技术制备的Y2O3部分稳定的ZrO2(YSZ)陶瓷涂层，粉末采用普通实心YSZ粉、空心球形YSZ粉对制备的热障涂层进行热导率测定和热冲击性能实验．结果表明：爆炸喷涂制备的空心YSZ陶瓷层涂层具有低的热导率和良好的抗热冲击性能。     

铝基厚梯度热障涂层制备工艺及性能研究

采用单一等离子喷涂法和超音速火焰喷涂与等离子喷涂复合喷涂法在铝质LY12基体上制蔷了总厚度分别为0.6mm、10mm和2．0mm的梯度热障涂层，并对基体界面处的涂层显微结构特征进行了金相组织和扫描电镜(SEM)观察，试验结果表明，采用复合喷涂法制备的2mm厚梯度热障涂层其抗拉强度得到显著提高．达到36MPa．其主要原因是采甩JP5000喷涂粘结底层很好的改善了铝基体与游层之间的界面结合强度。基体界面结合强度高低与两者的紧密接触程度有关。     

基板温度对电热爆炸喷涂制备粘结层性能的影响

基板温度分别为室温、100和200 ℃时,采用电热爆炸喷涂技术在IC10合金表面制备NiCoCrAlY合金粘结层.利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD),对热循环前后的粘结层的组织形貌、化学成分及相进行分析.结果表明,基板温度对电热爆炸喷涂技术所制备NiCoCrAlY合金粘结层有明显的影响,随着基板温度的升高,所制备的粘结层与基体界面结合良好,表面粗糙度减小.在1050 ℃热循环后粘结层表面生成了Al2O3氧化层,起到了保护基体的作用.     

NiAl/NiCoCrAlY/8YSZ复合喷涂层的微观结构与性能研究

目的提高金属/陶瓷隔热涂层体系在海洋环境下的耐腐蚀性能。方法利用冷喷涂方法制备NiAl复合打底层和Ni CoCrAlY粘结层,与等离子喷涂制备的8YSZ陶瓷层构成适用于海洋环境的多层结构耐蚀隔热涂层体系。利用FE-SEM分别观察喷涂态粘结层和陶瓷层的表面、横截面形貌,通过EDS分析涂层元素分布;利用XRD分析表征涂层的物相组成;借助万能材料试验机,采用拉伸法测试涂层结合强度;利用热循环试验和焰流冲刷试验测试涂层的耐高温性能。结果微观分析表明,冷喷涂制备的NiAl复合打底层和Ni CoCrAlY粘结层形貌致密,涂层材料未发生明显氧化,颗粒变形程度不一,粘结层与基体间的结合强度约为18.4 MPa,粘结层与8YSZ陶瓷层界面结合紧密。陶瓷层物相结构和成分稳定,涂层经12次热震循环和1000个周期的高温焰流冲击后,表面未出现开裂、起皮和脱落。结论采用冷喷涂法和等离子喷涂法联合制备的耐蚀隔热复合涂层体系具备良好的耐热性和耐腐蚀性。冷喷涂制备的金属涂层结构致密,孔隙率低,与陶瓷层结合良好,能够有效提高涂层体系在腐蚀性环境中的耐蚀性能。NiAl复合涂层可以缓解Ni CoCrAlY粘结层和铝合金基材间的热匹配问题,增强涂层的结合性能。     

等离子喷涂氧化铝基陶瓷涂层的性能研究

通过对45钢基体表面等离子喷涂Al2O3-13wt%TiO2(AT13)涂层和Al2O3涂层进行对比试验。结果表明:涂层组织呈明显的层片状结构,并含有孔隙、微裂纹及未熔颗粒等缺陷,基体与粘结层以及陶瓷层与粘结层之间形成良好的机械结合界面;TiO2的添加使AT13涂层孔隙减少,致密度提高;AT13涂层与Al2O3涂层相比硬度较低,但其硬度分布的分散性较小;在相同的摩擦磨损试验条件下,AT13涂层比Al2O3涂层耐磨性更好。     

合金钢热障涂层等离子喷涂及高温力学特性研究

目的研究等离子喷涂热障涂层微观组织与高温力学性能,为热障涂层在合金钢的应用及其失效机制提供理论支撑。方法采用等离子喷涂技术在30Cr Mn Si A钢基体上制备Ni Co Cr Al Y/YSZ热障涂层,利用扫描电镜显微观察、物相分析、热震试验、拉伸试验等技术方法,考察涂层在高温条件下的失效行为。结果合金钢等离子喷涂热障涂层为典型双层层片状结构,YSZ涂层仅含有稳定四方相。800℃时,涂层试样拉伸试验后的断裂载荷与无涂层试样相比高10%。热障涂层的抗热震性良好,经900℃热震循环试验10次后,涂层完好;经1000℃热震循环6次后,涂层剥落失效,剥落面位于粘结层与基体之间。热震循环过程中,钢基体被氧化甚至腐蚀。涂层试样边缘产生应力集中,随着热震次数的增加,裂纹逐渐扩展,最终导致涂层成块剥落。温度由700℃升至900℃,Ni Co Cr Al Y涂层硬度下降幅度大于YSZ涂层和30Cr Mn Si基体。结论粘结层与钢合金基体的热膨胀不匹配是导致热震试验涂层剥落的主要原因。热障涂层的隔热作用使涂层试样的基体温度较低,导致其断裂载荷与无涂层试样相比较高。     

等离子喷涂热障涂层高温风洞热震行为

采用等离子喷涂工艺制备ZrO2-8%Y2O3(质量分数,下同)陶瓷层,冷喷涂制备CoNiCrAlY粘结层,在高温燃气风洞条件下测试热障涂层的热震性能,并研究了高温氧化处理对试样热震性能的影响.结果表明,等离子喷涂热障涂层具有较好的抗热震性能,经过100次热震循环后,涂层与基体结合良好,涂层较为完整,未出现大面积的剥落;经过氧化处理后的试样抗热震性较差.     

CoCrAlY表面改性后热障涂层高温氧化及热震性能

采用大气等离子喷涂技术（APS）在镍基高温合金表面制备了CoCrAlY粘结层,利用电子束蒸发镀膜在CoCrAlY表面蒸镀纳米铝膜,并使用强流脉冲电子束熔敷纳米铝膜进行表面改性,最后使用APS在表面改性后的CoCrAlY表面沉积陶瓷层制备了热障涂层.在空气环境中对热障涂层进行高温氧化试验和热震试验.结果表明,CoCrAlY表面改性后热障涂层经1 050℃静态空气氧化后,界面处生成的热生长氧化物（TGO）具有较高的连续性和致密性,有效阻碍了氧化的进一步发展且避免尖角型氧化物的形成,提高了热障涂层的抗氧化能力;在1 050℃高温加热后10℃水淬热震条件下,脱落率仅为2%左右.     

Effect of Bond Coats on Thermal Shock Resistance of Thermal Barrier Coatings Deposited Onto Polymer Matrix Composites Via Air Plasma Spray Process

Thermal barrier coating systems with different bond coats were fabricated on polymer matrix composites via the air plasma spray process. During a thermal shock test at 400 °C, Zn and Al interlayers were helpful in improving the thermal shock resistance of coatings due to the low melting point. The coating system consisted of a soft zinc layer as a bond coat, and YSZ as a top coat exhibited the best thermal shock resistance, attributed to the lower residual stress and lower thermal stress in the Zn interlayer. The failure mechanism of the coating system was mainly ascribable to the residual stress derived from the deposition process, thermal stress, and further damage of the substrate.     

悬浮液等离子喷涂热障涂层研究进展

悬浮液等离子喷涂(SPS)解决了纳米尺度粉末输送困难的问题,在热喷涂领域得到了快速发展。介绍了悬浮液等离子喷涂的原理和特点,综述了不同工艺条件对热障涂层结构的影响:降低弧电压的波动可以提高SPS工艺的可控性;降低喷枪功率、降低悬浮液浓度、增大喷涂距离,可实现涂层由垂直裂纹结构向柱状晶结构的演变;降低表面粗糙度可提高柱状晶的均匀性;溶剂为乙醇、溶质粒度分布合理的悬浮液更容易获得柱状晶结构。总结了SPS制备热障涂层产生垂直裂纹结构和类柱状晶结构的机理,认为在相同表面粗糙度下,熔滴尺寸和切向速度是影响涂层结构的关键。SPS-8YSZ涂层的隔热性能和热循环性能较好,具有良好的应用前景。     

Thermal stability and mechanical properties of thick thermal barrier coatings with vertical type cracks

The thermal stability and failure mechanism of thick thermal barrier coatings (TBCs) with and without vertical type cracks were investigated through the cyclic thermal exposure and thermal-shock tests. The TBC systems with thickness of about 2000 µm in the top coat were prepared by an air plasma spray (APS) on the bond coat of about 150 µm in thickness prepared by APS. The adhesive strength values of the as-prepared TBCs with and without vertical type cracks were determined to be 24.7 and 11.0 MPa, respectively, indicating the better interface stability in the TBC with vertical type cracks. The TBC with vertical type cracks shows a better thermal durability than that without vertical type cracks in the thermal cyclic exposure and thermal-shock tests. The hardness values of the as-prepared TBCs with and without vertical type cracks were found to be 6.6 and 5.3 GPa, respectively, which were increased to 9.5 and 5.5 GPa, respectively, after the cyclic thermal exposure tests. These results indicate that the vertical type cracks developed in the top coat are important in improving the lifetime performance of thick TBC in high temperature environment.     

不同结构等离子喷涂热障涂层的性能研究

通过等离子喷涂,制备了常规层状结构、垂直裂纹结构的氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ)和铈酸镧(LCO)热障涂层,分析了涂层的微观形貌及性能。结果表明:对于YSZ涂层,垂直裂纹结构的结合强度是层状结构的1.8倍;LCO涂层的微观结构对喷涂工艺比较敏感,适当降低喷涂功率有助于提高扁平化粒子间的结合,缓解涂层中横向裂纹的产生,促进垂直裂纹形成;与层状结构的LCO/YSZ双层涂层相比,垂直裂纹结构的LCO/YSZ双层涂层的结合强度和抗热震性能未明显提高。     

Thermal Fatigue Behavior of Thick and Porous Thermal Barrier Coatings Systems

High-temperature thermal fatigue causes the failure of thermal barrier coating (TBC) systems. This paper addresses the development of thick TBCs, focusing on the microstructure and the porosity of the yttria partially stabilized zirconia (YPSZ) coating, regarding its resistance to thermal fatigue. Thick TBCs, with different porosity levels, were produced by means of a CoNiCrAlY bond coat and YPSZ top coat, both had been sprayed by air plasma spray. The thermal fatigue resistance of new TBC systems and the evolution of the coatings before and after thermal cycling was then evaluated. The limit of thermal fatigue resistance increases depending on the amount of porosity in the top coat. Raman analysis shows that the compressive in-plane stress increases in the TBC systems after thermal cycling, nevertheless the increasing rate has a trend which is contrary to the porosity level of top coat. This article is an invited paper selected from presentations at the 2007 International Thermal Spray Conference and has been expanded from the original presentation. It is simultaneously published in Global Coating Solutions, Proceedings of the 2007 International Thermal Spray Conference, Beijing, China, May 14-16, 2007, Basil R. Marple, Margaret M. Hyland, Yuk-Chiu Lau, Chang-Jiu Li, Rogerio S. Lima, and Ghislain Montavon, Ed., ASM International, Materials Park, OH, 2007.     

等离子喷涂ZrO2—NiCoCrAlY梯度热障涂层的抗热震性及失效机理

研究了ZrO2-NiCoCrAlY热障涂层的抗热震性和热震失效机理。实验结果表明,梯度热隙涂层能明显延缓热震裂纹的形成和扩展,具有较高的抗热震性。热震裂纹形成与扩展主要在粘结层与基体的界面处。随热循环次数的增加,热震裂纹可在表面陶瓷层内和陶瓷层与过渡层的界面处形成。实验表明热障涂层热震失效的过程主要是裂纹形成、扩展及涂层剥落,粘结层的氧化是导致涂层剥落失效的重要原因。     

FeAl系电热爆炸喷涂层抗高温氧化腐蚀性能对比

利用金属导体FeAl系合金箔,电热爆炸产生的瞬间高能量冲击波效应,制备FeAI、FeCrAl、FeCrAlRE三种等离子体喷涂层.通过涂层SEM等检测手段,可以看出涂层具有致密的组织结构,同时涂层与基体之间存在较为明显的过渡层.经高温氧化耐蚀性测试等综合分析,结果表明,FeCrAlRE喷涂层耐高温氧化腐蚀能力较FeCrAl平均提高2.20倍,较FeAl喷涂层增加3.83倍,同时还研究了三种等离子体喷涂层的高温氧化过程变化规律.     

EB—PVD梯度热除涂层的热循环失效机制

了一种新型梯度结构的EB－PVD（电子束物理气相沉积）热障涂层的热循环性能,并分析了涂层的失效机制,结果表明,由于NiCoCrAlY粘结层以及在粘结层上形成的Ni3Al薄层发生了选择性氧化,从而在粘结层和梯度过渡层之间形成了一层Al2O3层,随着热循环时间增长,Al2O3层不断增厚,而且在热循环应力作用下,涂层最终沿Al2O3层内部断裂失效。