等離子噴涂高溫防護涂層的熱腐蝕、高溫氧化及抗熱震性能研究.pdf

1、本論文采用等離子噴涂工藝在310S耐熱鋼表面制備了高溫防護涂層，表面陶瓷層分別為8YSZ涂層、ZrB2-SiC涂層、MoSi2-Al2O3涂層和Al2O3-TiO2涂層，中間粘結(jié)層為NiCrAlY層。通過對涂層進行熱腐蝕實驗、高溫氧化實驗和熱震試驗的結(jié)果進行比較并結(jié)合X射線衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM）和電子能譜（EDS）等表征手段，系統(tǒng)地研究物相和微觀組織對各種涂層耐熱腐蝕、抗高溫氧化和抗熱震性能的影響規(guī)律。主要研究結(jié)果如下：

2、r>　?。?）等離子噴涂8YSZ涂層主要由四方t-ZrO2相組成，還有Y2O3相。實驗結(jié)果表明，等離子噴涂制備的8YSZ涂層在700℃Na2SO4+NaCl熔鹽熱腐蝕中，涂層仍保持四方相t-ZrO2，有著良好的抗熱腐蝕性能。但在900℃熱腐蝕時，Na2SO4分解后會與Y2O3反應，破壞8YSZ的穩(wěn)定性，導致四方相向單斜相的轉(zhuǎn)變，分解的氧向粘結(jié)層擴散，會與金屬元素反應，生成的尖晶石會從裂紋處析出，達到一定程度，會導致涂層的脫落。8YSZ涂

3、層在1100℃高溫氧化中，在陶瓷面層與金屬粘結(jié)層之間會生成TGO氧化膜。
　　（2）ZrB2-SiC涂層主相由ZrB2和SiC相組成，還有t-ZrO2、m-ZrO2和SiO2相的生成。實驗結(jié)果表明，在700℃Na2SO4+NaCl熔鹽熱腐蝕中，ZrB2-SiC涂層由于其中ZrO2的相變，導致涂層體積變化，部分涂層破裂、脫落；而在900℃熱腐蝕時，Na2SO4分解后，會與ZrO2反應生成 Na2ZrO3，于涂層裂紋處析出，達到一定程

4、度，會導致涂層的脫落，同時氧會向粘結(jié)層擴散，會與金屬元素反應，生成的尖晶石會從裂紋處析出，達到一定程度，會導致涂層的脫落。ZrB2-SiC涂層在1100℃高溫氧化中，在陶瓷面層與金屬粘結(jié)層之間生成以氧化鋁為主的TGO氧化膜。這是由于氧通過陶瓷表層的裂紋與孔隙與金屬粘結(jié)層發(fā)生的反應。
　?。?）MoSi2- Al2O3涂層相組織主要為t-MoSi2、h-MoSi2、Al2O3和少量Mo5Si3相。700℃熱腐蝕實驗進行一次循環(huán)后，M

5、oSi2-Al2O3涂層整體脫落，主要原因是涂層與基體之間的熱膨脹系數(shù)差異過大以及低溫下斷裂韌性低。
　?。?）對Al2O3-TiO2涂層相組織由α-Al2O3、γ-Al2O3和TiO2相組成。進行了耐熱腐蝕實驗和抗高溫氧化實驗，結(jié)果表明，在700℃Na2SO4+NaCl熔鹽熱腐蝕中，Al2O3-TiO2涂層表面無明顯的腐蝕產(chǎn)物生成，保持著良好的抗熱腐蝕性能。但在900℃熱腐蝕時，腐蝕產(chǎn)物會在涂層的孔隙、裂紋處生長出，隨著裂紋處腐

6、蝕產(chǎn)物的增多，會導致陶瓷層和粘結(jié)層之間出現(xiàn)寬裂縫，最終會導致涂層破裂、脫落。Al2O3-TiO2涂層在1100℃高溫氧化中，在陶瓷面層與金屬粘結(jié)層之間生成 TGO氧化膜，這是由于氧通過陶瓷表層的裂紋與孔隙與金屬粘結(jié)層發(fā)生反應產(chǎn)生的。
　?。?）對這四種涂層進行了熱震實驗，結(jié)果表明，四種高溫防護涂層的抗熱震性能（涂層失效次數(shù)）從高到低依次為：8YSZ涂層、Al2O3-TiO2涂層、ZrB2-SiC涂層、MoSi2- Al2O3涂層。