热障涂层抗腐蚀研究进展

腐蚀是燃气轮机涡轮叶片Y2O3稳定ZrO2(YSZ)热障涂层失效的主要原因.本文系统总结了YSZ热障涂层服役过程中面临的腐蚀环境:高温相变、烧结与氧化腐蚀,Na2SO4和V2Os熔盐腐蚀,以及熔融钙镁铝硅酸盐玻璃(CMAS)腐蚀.分析了YSZ热障涂层腐蚀机理,讨论了提高热障涂层抗腐蚀性能的理论和方法,指出了热障涂层抗腐蚀研究发展方向.     

纳米氧化锆热障涂层组织结构和抗热冲击性能分析

采用大气等离子喷涂技术制备了纳米氧化锆热障涂层和常规热障涂层.利用FESEM和XRD对纳米氧化锆热障涂层的组织结构和物相组成进行分析.系统研究了两种热障涂层的抗热冲击性能.微观组织分析结果表明,纳米氧化锆热障涂层展现出独特的纳米—微米复合结构,包括柱状晶和未熔融或部分熔融纳米颗粒.非平衡四方相是涂层的主要物相.抗热冲击性能试验结果表明,纳米氧化锆热障涂层拥有更为优越的抗热冲击性能,这主要得益于其相对致密的结构以及微裂纹、纳米晶粒、小孔径孔隙的应力缓释作用.热应力失效是涂层失效的主要原因.     

热障涂层体系界面屈曲破坏实验测试研究

针对实际应用中热障涂层体系发生界面屈曲破坏的工程问题,通过合理设计预埋界面缺陷的热障涂层样品,采用无损非接触式变形测试技术(数字图像相关法)和热力环境加速实验法,研究了空心圆柱体结构热障涂层体系的界面屈曲破坏问题。通过控制实验条件,再现了服役中热障涂层系统出现的不可预测性的界面屈曲破坏现象,并对其失效机理进行了合理的解释,为进一步了解和研究热障涂层体系界面屈曲破坏问题起到重要的指导作用。     

热障涂层的研究现状与发展趋势

热障涂层是一类高温防护涂层,由于其应用的广泛性,已成为近年来涂层研究领域的热点之一。对热障涂层国内外的研究进展进行了综述,重点阐述热障涂层成分的选择、热障涂层的结构设计、热障涂层的制备工艺、热障涂层的失效机理、寿命预测以及热障涂层的发展趋势。     

TGO对YSZ热障涂层热循环寿命的影响

采用大气等离子弧喷涂(APS)制备YSZ热障涂层,在1 200℃燃气热冲击循环条件下,对热障涂层抗热冲击循环性能进行测试。采用扫描电镜系统研究热生长氧化物(TGO)对热障涂层热循环寿命的影响。结果表明:随着TGO厚度的增加,热障涂层热循环寿命出现了先增后减的趋势,拐点出现在TGO层中尖晶石氧化物出现的时间,表明初始TGO对热障涂层的热循环寿命有积极作用,但后期的尖晶石氧化物对热障涂层的热循环寿命有破坏性的负面影响。     

热障涂层的研究进展

热障涂层(Thermal Barrier Coatings.TBCs)常作为航空发动机和燃气轮机受高温零件的保护涂层,以提高设备的工作温度和效能,同时减少温室气体的排放量。本文对热障涂层概述、国内外发展现状、热障涂层的应用、热障涂层的发展趋势几方面进行了综述,希望对热障涂层的研究进展有所了解。     

热障涂层的制备及其失效的研究现状

热障涂层作为航空发动机和燃气轮机高温部件的保护涂层,其抗高温失效能力直接决定了部件的工作效率和寿命.回顾热障涂层的发展历史及研究现状,着重介绍了热障涂层的主要制备方法及其相应涂层的结构特征,综述了各类热障涂层失效的影响因素和失效机理.     

提高等离子喷涂热障涂层隔热性能的方法

为进一步提高等离子喷涂热障涂层的隔热性能,对陶瓷材料的导热理论及热障涂层的热导率进行了研究.提出了包括寻求新型热障涂层陶瓷材料、添加掺杂剂、制备纳米涂层及双陶瓷层热障涂层等能够改善等离子喷涂涂层隔热性能的方法;并指出,采用等离子喷涂技术制备带颜色的稀土锆酸盐纳米双陶瓷层热障涂层,将会进一步改善热障涂层的隔热性能.     

热障涂层研究进展

综述了热障涂层的设计思想和工作原理、部分稳定氧化锆陶瓷面层成分的选择、热障涂层制备方法及ＡＰＳ和ＥＢ－ＰＶＤ制备热障涂层的典型结构,分析热障涂层高温氧化等引起涂层破坏的因素。     

镍基合金涡轮叶片热障涂层研究进展

热障涂层技术是提升航空发动机性能的关键因素之一,随着航空发动机技术的发展,对热障涂层也提出了更高的要求。为适应镍基合金涡轮叶片热胀涂层的使用要求,热胀涂层的陶瓷面层发展出（YSZ+A₂B₂O₇）结构涂层。热障涂层陶瓷面层常用的制备方法包括等离子喷涂技术和电子束物理气相沉积技术,金属粘结层常用的制备方法包括真空电弧镀技术和化学气相沉积技术。热障涂层低膨胀系数金属粘结层技术、热障涂层修复技术、新一代热障涂层材料、建立科学的热障涂层性能评价体系等是未来热障涂层的主要发展方向。     

A2Zr2O7型稀土锆酸盐热障涂层研究进展

综述了国内外稀土锆酸盐热障涂层在制备技术,纳米涂层,涂层结构及涂层的热物理性能、力学性能及热腐蚀性能等方面的研究成果,讨论了稀土锆酸盐热障涂层在每个方面研究存在的不足。指出未来应该进一步改善稀土锆酸盐涂层的制备工艺及后处理工艺,提高涂层的结合强度,延长涂层的服役寿命,改善涂层耐腐蚀、抗烧结等性能;开发新的涂层制备工艺,重点研究各类纳米稀土锆酸盐涂层的性能;进一步提高涂层的隔热效果、服役温度及工作寿命。     

热障涂层先进结构设计研究进展

随着航空航天技术的不断发展,不断提高的涡轮前进口温度及恶劣的使用环境对镍基高温合金的使用性能提出了更高的要求。热障涂层是一种应用于涡轮发动机热端部件的表面技术,通过沉积在镍基高温合金表面,降低合金表面的温度。概述了采用传统单层层状氧化钇部分稳定氧化锆热障涂层的优势,包括较低的制备成本、便捷的制备方式及较低的层间热膨胀失配应力。同时,归纳了单层层状热障涂层在高温环境下存在的问题,包括氧化锆相变与烧结造成的涂层失效,以及热膨胀系数和断裂韧性较差的新型陶瓷材料无法直接制备在黏结层表面。在此基础上重点综述了近年来热障涂层先进结构设计的研究进展,包括双层层状结构、柱状结构、垂直裂纹结构及复合结构热障涂层,其中复合结构包括激光表面改性结构、梯度涂层结构及粉末镶嵌结构热障涂层。针对各种先进结构热障涂层,分别从微观结构、热震寿命、涂层内部应力、耐腐蚀性能、抗氧化性能等方面进行了归纳,并总结了各先进结构热障涂层现阶段发展的不足之处。最后展望了热障涂层先进结构设计的发展方向。     

基体预热温度对热障涂层热残余应力影响的研究

研究了用等离子喷涂工艺制备ZrO2-NiCrAl-LD-8基体的热障涂层过程中,基体预热温度对热障涂层热残余应力的影响.通过有限元计算分析,表明选择合适的基体温度,能大大降低热障涂层的热残余应力,为喷涂制备过程中基体预热温度的选择提供了参考.     

微弧等离子喷涂制备莫来石/金属复合热障涂层

运用微弧等离子喷涂制备了莫来石/金属复合热障涂层.研究了涂层的微观结构、结合强度、隔热性能和抗热震性能.复合涂层结构为莫来石颗粒被"包裹"在金属层片状结构中;涂层的结合强度大于30 MPa.随着涂层中莫来石含量的增加,涂层的隔热性能有所提高,随涂层表面温度的升高,涂层的隔热温度也不断提高,涂层的最高隔热温度为125℃.1 150℃的水淬热震试验表明,基体变形是导致涂层失效的重要原因之一,随着涂层中莫来石含量的增加,涂层的抗热震次数先增加后减小,粉末中莫来石含量为40%的涂层的抗热震性能最好,抗热震次数最多为72次.     

Some Aspects of the Hot Corrosion of Thermal Barrier Coatings

This paper reviews the hot corrosion of zirconia-based thermal barrier coatings for engine applications. Emphasis is placed on understanding the chemical reactions, and such other mechanisms as can be iden-tified, that cause corrosive degradation of the thermal barrier coating. The various approaches taken to improve the hot corrosion resistance of thermal barrier coatings are also briefly described and critiqued.     

EB-PVD technology in the gas turbine industry: Present and future

Metal coatings of MCrAlY-type and ceramic thermal barrier coatings on blades and vanes are typical examples of electron-beam physical vapor deposition applications in the gas turbine industry. It is most probable that the gradient thermal barrier coatings will become widely accepted in two to three years. This article reviews current technology in the gas turbine industry and describes some of the possible future aspects.     

Thermal Cycling Behavior of Quasi-Columnar YSZ Coatings Deposited by PS-PVD

Columnar-structured thermal barrier coatings, owing to their high strain tolerance, are expected for their potential possibilities to substantially extend turbine lives and improve engine efficiencies. In this paper, plasma spray-physical vapor deposition (PS-PVD) process was used to deposit yttria partially stabilized zirconia (YSZ) coatings with quasi-columnar structures. Thermal cyclic tests on burner rigs and thermal shock tests by heating and water-quenching method were involved to evaluate the thermal cycling and thermal shock behaviors of such kind of structured thermal barrier coatings (TBCs). Evolution of the microstructures, phase composition, residual stresses and failure behaviors of quasi-columnar YSZ coatings before and after the thermal tests was investigated. The quasi-columnar coating obtained had an average life of around 623 cycles when the spallation area reached about 10% of the total coating surface during burner rig tests with the coating surface temperature of ~1250 °C. Failure of the coating is mainly due to the break and pull-out of center columnar segments.     

Influence of Manufacturing Route on the Oxidation Resistance of Platinum-Modified Aluminide Bond Coatings and Their Performance in Thermal Barrier Coatings Deposited on a Ni-Based Superalloy

The importance of manufacturing route of Pt-aluminide bond coatings in determining the life of thermal barrier coatings on Ni-based superalloys is demonstrated. It is shown that bond coatings aluminized by chemical vapor deposition exhibit higher resistance to oxidation in comparison with the pack cementation route, which results in about twofold increase in the life of the thermal barrier coating as determined under cycling oxidation conditions. This difference in behavior is correlated with the initial microstructures of the bond coatings and their effect on thermal stability and oxidation resistance. However, thermal barrier coatings utilizing the two types of bond coatings are found to fail by the same mechanism involving spallation of the top coating due to loss of adhesion between the thermally grown oxide and underlying bond coating. It is concluded that manufacturing by the CVD route with low Al activity decelerates the kinetics of the processes leading to degradation of the coating system in comparison with the pack cementation route with high Al activity.     

CMAS对热障涂层界面裂纹和残余应力的影响

随着航空发动机涡轮叶片工作温度的提升,使得一种主要由CaO,MgO,Al₂O₃和SiO₂组成的玻璃态物质(CMAS)对热障涂层的危害越来越严重,从而对热障涂层的性能和耐久性有了更高的要求。本文以电子束物理气相沉积热障涂层为研究对象,利用有限元方法研究了CMAS的渗入对界面裂纹扩展及CMAS对陶瓷层(TC)内部残余应力的影响规律。采用波长固定、振幅变化的正弦曲线表示不同粗糙度的涂层界面,同时考虑了CMAS的弹性模量变化的影响及不同界面形貌与CMAS之间的相互作用。结果表明：CMAS弹性模量的增加对界面裂纹具有抑制作用,并且TGO幅值和厚度越小,抑制作用越明显。CMAS弹性模量对TC层最大残余应力S₂₂的影响存在临界点,在临界点之前,CMAS弹性模量的变化对TC层最大残余应力的影响较大,随着CMAS弹性模量的增加,TC层最大残余应力大幅度减小；在临界点之后,TC层最大残余应力基本不受CMAS弹性模量变化的影响。这些结果对电子束物理气相沉积喷涂的热障涂层失效机理的研究具有重要意义,可以为热障涂层界面的优化提供指导。