8YSZ制粉工艺对热障涂层性能的影响

主要研究了喷雾干燥、等离子球化(中空粉)和熔炼破碎法制备的8%Y2O3-ZrO2(8YSZ)粉末的特性及采用等离子喷涂工艺获得的对应涂层的性能.分析发现,粉末的特性与涂层性能有密切关系,其中,采用熔炼破碎法制备8YSZ粉末所获得的等离子喷涂涂层具有孔隙率低、热导率较高的特点;而采用喷雾干燥法制备8YSZ粉末所获得的等离子涂层常温下的热导率最低,仅为0.96 W/(m·K).     

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。     

Eu3+掺杂对YSZ热障涂层隔热性能与涂层界面断裂韧性的影响研究

使用大气等离子喷涂法制备传统YSZ涂层与2mol%Eu~(3+)掺杂YSZ涂层。使用扫描电镜观察并测量2种涂层的微观形貌与孔隙率。采用闪光导热仪分别测量2种涂层在100～1100℃范围内的热导率。采用氧化循环试验箱分别对YSZ涂层与YSZ:Eu涂层进行30次、50次的氧化循环处理并计算2种涂层未处理试样与氧化循环试样的界面断裂韧性,氧化循环试验环境温度为1100℃。结果表明,在相同温度下,YSZ:Eu涂层热导率低于YSZ涂层热导率,说明2mol%Eu~(3+)掺杂可有效降低YSZ热障涂层的热导率;YSZ:Eu涂层与YSZ涂层的界面断裂韧性均随氧化循环次数的增加而下降,TGO厚度随氧化循环次数的增加而增大;相同热处理条件下YSZ:Eu涂层界面断裂韧性大于YSZ涂层,TGO厚度更小,说明2mol%Eu~(3+)掺杂抑制了TGO的生长,提高了涂层界面性能。     

纳米ZrO2-Y2O3-La2O3热障涂层的结构与性能研究

采用喷雾造粒工艺在纳米ZrO2-8wt％Y2O3(8YSZ)基体中添加了纳米La2O3,并进行团聚、热处理,作为喷涂喂料.NiCrAlY(Ni-25Cr-5Al-0.5Y,wt％)作为粘结层材料,采用等离子喷涂技术制备热障涂层.对涂层的组织结构和性能进行了表征与分析.结果表明:喷涂后涂层相组成只有稳定的t相;涂层具有典型的等离子喷涂结构;添加纳米LaO3能够降低涂层的热导率,且涂层的结合强度随掺杂量的增多而提高.     

热喷涂纳米结构La_2Zr_2O_7(LZ)/8YSZ双陶瓷热障涂层

为了满足发动机以及涡轮机越来越高的性能要求,双陶瓷热障涂层逐渐取代单陶瓷层的8YSZ涂层,成为可以长期使用温度高于1 200℃的新型陶瓷涂层。采用等离子喷涂方法制备了La2Zr2O7(LZ)/8YSZ双陶瓷热障涂层,并同时制备了微米结构和纳米结构的单层8YSZ陶瓷涂层作为对比。通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究了粉体喂料和涂层的组织结构。采用对偶拉伸试验法、水淬方法和日本工业标准等研究了涂层的结合强度、隔热效果、热震行为以及高温抗氧化行为。结果表明,与单层的8YSZ陶瓷层相比,双陶瓷型n-LZ/8YSZ涂层的隔热效果提高了35%,热震次数增加了一倍,热氧化失效时间延长了100多小时,具有较佳的隔热效果、抗热震性能以及抗高温氧化性能。     

高韧性过渡层对大气等离子喷涂热障涂层性能的影响EI北大核心CSCD

高温服役环境下,大气等离子喷涂(APS)制备的纳米结构热障涂层受热应力作用,黏结层/陶瓷层界面附近的陶瓷层内部易形成横向裂纹而导致热障涂层失效。利用常规大气等离子喷涂和超音速等离子喷涂(SAPS)制备8YSZ高韧性过渡层。结果表明,采用APS和SAPS制备的高韧性过渡层提高了扁平化粒子间结合状态和涂层致密度,相比常规结构8YSZ涂层的断裂韧性分别提高约46%和84%,高韧性过渡层均提高了复合结构热障涂层结合强度、抗热震性能和燃气热冲击寿命,SAPS制备的高韧性过渡层厚度为30~50μm时复合结构热障涂层抗热震性能最优,当高韧性过渡层厚度为10~30μm时,相比常规结构热障涂层燃气热冲击寿命提高120%。在温度梯度作用下,热障涂层最终失效由陶瓷层逐层剥落转变为靠近陶瓷层/黏结层界面处剥落。通过高韧性过渡层设计,兼顾热障涂层的隔热性能的同时,提高了热障涂层的结合强度和寿命。     

Gd2 O3 -Yb2 O3 -Y2 O3 -ZrO2 热障涂层材料的热物理性能

目的通过多元稀土氧化物掺杂改性YSZ,提高传统热障涂层的性能。方法使用化学共沉淀法制备不同掺杂量的Gd2O3-Yb2O3-Y2O3-Zr O2(GYYZO)材料,并分别使用冷等静压-烧结和等离子喷涂工艺制备块材和涂层。通过测试块材的热导率和热膨胀系数,分析评价材料的热物理性能。对高温退火处理后的涂层进行X射线衍射分析,评价不同成分涂层的高温相稳定性。结果氧化锆基材料的热导率和热膨胀系数随总掺杂量升高而降低。氧化锆中稀土氧化物总掺杂量为5.5%~9.84%(摩尔分数)时,在1000℃下的热导率为1.25~1.56 W/(m·K),相对8YSZ材料下降了22%~37.5%;在200~1300℃的热膨胀系数为(10~11.1)×10-6/K,与传统8YSZ材料相当。在1400℃长时间退火处理后,低掺杂量GYYZO涂层中的单斜相含量明显低于8YSZ涂层。结论多元稀土氧化物掺杂改性氧化锆材料具有良好的高温相稳定性、低热导率和适当的热膨胀系数,可以作为高性能热障涂层的备选材料。     

大气等离子喷涂Sm2Zr2O7热障涂层的微观组织

以Sm2O3和ZrO2为原料,采用固相反应法制备了热喷涂用Sm2Zr2O7粉末,并采用大气等离子喷涂技术制备了Sm2Zr2O7热障涂层.利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段研究了Sm2Zr2O7粉末和Sm2Zr2O7涂层的微观组织、涂层结合强度和热导率.结果表明,制备的Sm2Zr2O7粉末主要呈不规则颗粒状,颗粒内部结合紧密,满足热喷涂的需要.喷涂前后Sm2Zr2O7相成分没有发生任何变化,表现出良好的相稳定性能.所制备的Sm2Zr2O7热障涂层组织结构致密,涂层各界面结合紧密.涂层的孔隙率约为14.31%,结合强度约为19.8MPa.在相同的孔隙率下,Sm2Zr2O7涂层的热导率仅为YSZ涂层37.6%.     

不同厚度8YSZ热障涂层的结构及性能表征

目的探究厚度变化对8YSZ热障涂层结构、力学性能以及抗热震性能的影响。方法通过超音速火焰喷涂技术(HVOF)和大气等离子喷涂技术(APS)分别制备了Ni CoCrAlTaY粘结层和厚度为500μm、1.0mm、1.5mm的8YSZ陶瓷涂层,采用扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜和X射线衍射仪(XRD)对喷涂粉末和涂层的形貌、物相进行了表征,借助显微硬度计和万能材料试验机分别考察了涂层的硬度和结合强度,最后采用水淬法对涂层的抗热震性能进行了测试。结果不同厚度的8YSZ涂层均由非平衡的四方相(t′-YSZ)组成,且断面呈现出明显的层状结构。随着厚度的增加,涂层中逐渐产生了明显的网状纵向裂纹和边缘界面裂纹。涂层的表面和截面显微硬度都不随厚度的增加而发生显著变化,并且所制备的涂层在整个截面上的显微硬度都比较均匀。涂层的结合强度随着涂层厚度的增加而显著降低。热震试验过程中,三种厚度涂层皆以界面开裂的形式失效,且厚度越大的涂层热震寿命越短。结论 8YSZ热障涂层的厚度变化对其微观形貌、结合强度以及抗热震性能皆有显著影响,而对涂层的物相组成以及显微硬度无明显影响。     

普通与纳米ZrO2涂层性能对比研究

以纳米ZrO2-8wt%Y2O3,粉末(YSZ)和普通微米氧化锆粉末为原料,采用等离子喷涂工艺制备了厚度为0.8mm的纳米结构氧化锆和普通氧化锆两种热障涂层,并对涂层的结构和性能进行了研究,结果表明:在该厚度下,纳米结构涂层的结合强度低于普通涂层,而其隔热性能优于普通涂层,且热流密度越大越明显.