K444合金熱障涂層抗高溫腐蝕及熱震性能研究.pdf

1、本文采用電子束物理氣相沉積(EB-PVD)技術(shù)在高溫合金 K444基體上制備了CoCrAlY粘結(jié)層和Y2O3部分穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)雙層結(jié)構(gòu)的熱障涂層。對該熱障涂層進行了高溫氧化、熱腐蝕和熱震實驗，結(jié)合X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和電子能譜(EDX)等表征手段，較系統(tǒng)地研究了實驗前后涂層物相、組織結(jié)構(gòu)變化和元素擴散規(guī)律以及涂層抗高溫氧化、熱腐蝕和熱震性能。
　　研究結(jié)果表明，涂層在200h的高溫氧化過程中屬于完

2、全抗氧化級別，在陶瓷層-粘結(jié)層界面生成一層以Al2O3為主的致密的熱生長氧化物(TGO)。在TGO下方靠近粘結(jié)層一側(cè)出現(xiàn)貧Al區(qū)，并伴隨有內(nèi)氧化。在0~120h氧化過程中TGO厚度和貧化區(qū)寬度隨氧化時間的增長而增厚，最厚時達2.28μm(120h)，隨后TGO發(fā)生減薄，減薄原因與50h和160h出現(xiàn)的失重現(xiàn)象均與揮發(fā)性氧化物的產(chǎn)生有關(guān)，在柱狀晶間隙觀察到Co、Cr氧化物的嵌入。氧化200h時陶瓷層出現(xiàn)少量單斜相，局部出現(xiàn)碎化和鼓泡，凸起

3、部分與平整陶瓷層晶粒存在明顯取向差異，裂紋在該處萌生擴展。在200h的高溫氧化過程中，粘結(jié)層-基體界面處的元素互擴散帶會隨著氧化時間的延長而變寬，進入基體的富Al相發(fā)生連接長大和形貌變化。
　　熱腐蝕在60h前緩慢腐蝕，60h后開始加速腐蝕，陶瓷層在懸孔和邊緣有剝落變黑現(xiàn)象，但整體完好。YSZ中的Y2O3與混鹽反應(yīng)生成YVO4，陶瓷層孔隙率先減小后增大。在陶瓷層-粘結(jié)層界面生成的TGO以Al2O3為主，該TGO較薄，可能是腐蝕產(chǎn)物

4、的填充阻礙了氧氣的滲透。熔鹽滲透進入到粘結(jié)層內(nèi)部，但含量很少，不能完全破壞Al2O3阻擋層，TGO起到了阻礙腐蝕介質(zhì)進一步向內(nèi)滲透的作用。粘結(jié)層-基體界面的擴散規(guī)律同高溫氧化，但沒有高溫氧化明顯，各層及界面未觀察到失效現(xiàn)象。
　　熱震循環(huán)過程中，除邊緣和懸孔極端位置有輕微剝落外，涂層試樣整體宏觀保持完整，涂層表面局部出現(xiàn)凸起，隨熱震循環(huán)次數(shù)的增加，凸起的尺寸和數(shù)量增加。部分凸起剝落至粘結(jié)層，并發(fā)生氧化變黑。熱震過程中高溫氧化形成的