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          陶瓷噴涂熱障涂層的應用

          發布日期:2018-08-18 作者:江蘇中寶機械科技有限公司 點擊:

          1.當工作溫度高于1200℃時,隨著燒結時間的延長,YSZ的孔隙率和微裂紋數逐漸減少,導熱性增加,隔熱效果降低。

          2.在高溫環境中,在熱障涂層的表面層和粘合層之間形成主要由氧化鋁組成的熱生長氧化物(TGO),金屬粘合層產生“貧鋁條”。隨著熱循環次數的增加,鋁耗盡區擴大,并且在TGO中形成Ni、Co的尖晶石基氧化物,這導致TGO內部的大應力,最終導致裂縫并導致陶瓷表面層下降關閉。

          3.在空氣環境或飛機跑道上的顆粒物質進入燃燒室后,在高溫下形成玻璃狀沉積物CMAS(CaO,MgO,Al2O3,SiO2和其他硅酸鋁材料的縮寫)。CMAS粘附在發動機葉片上,在毛細力的作用下滲入YSZ涂層孔的深度方向。然后CMAS與YSZ涂層中的Y2O3反應,加速YSZ相變,最后進行熱化學和熱機械相互作用。在此作用下,YSZ涂層內部產生裂縫。

          4.YSZ陶瓷表面層、金屬鍵合層、TGO熱膨脹系數的差異會導致YSZ陶瓷表面層/TGO界面、TGO/金屬鍵合層界面從工作溫度(幾千攝氏度)到室溫應變不匹配在該過程中發生,這形成熱失配應力,最終導致YSZ表面層脫落。為了提高YSZ涂層的性能,進行了大量的探索和研究。表1是影響YSZ涂層使用壽命的常見問題及其改進需求改進方法。

          一、提高了耐燒結性

          1.提高陶瓷噴涂的純度,降低YSZ涂層中SiO2和Al2O3雜質的含量,可顯著降低涂層的燒結速度,降低平面收縮的趨勢,降低導熱系數的增加率。涂層顯示出一定的阻力。燒結。

          2.在涂層中添加特殊化學元素。例如,在鑭系元素鋯酸鹽體系(La2Zr2O7)涂層中適量的Hf、Nd、Gd、Sm可以有效地提高涂層的抗燒結性能。兩個、控制著TGO的增長在航空發動機的高溫使用期間,諸如Al,Cr,Ni等金屬元素在與氧接觸時被選擇性地氧化,并且在結合層的表面上形成熱生長氧化物層。(BC)和頂部陶瓷層(TC)。當張力超過TC的粘合力直到表面涂層剝落時,引起涂層局部膨脹和TC張力的TGO)引起裂紋擴展。

          1.改變粘合層的化學成分。在這些元素的偏析和聚集下,適當摻雜一些活性元素(如Y,Hf,Zr),降低Al2O3的生長速率,抑制TGO的生長;

          2.使用冷噴(CS)、超音速火焰噴涂(HVOF)或預沉積一層富鋁PVD“薄夾層”,以改善涂層結構,降低氧擴散系數,從而減緩TGO的生長速度。

          二.提高CMAS的耐腐蝕性在發動機葉片上形成CMAS不僅導致氦氣的損失,導致ZrO2熔體相變的不穩定相,而且CMAS的沉積將導致涂層應力增加,加速涂層的侵蝕,并大大減少熱障涂層的使用壽命。

          研究發現,涂層可以從以下幾個方面提高CMAS的耐腐蝕性:

          1.改變涂層的化學成分。在YSZ中添加Al,Ti,Si和其他元素可以誘導形成氧磷灰石相,從而抑制CMAS的內部侵蝕,降低界面層的潤濕性并增強涂層的CMAS抗性。

          2.改變涂層結構。滲透到Y2Zr2O7的燒綠石結構中的CMAS遠小于一般結構的YSZ。雙層熱障涂層,用于“YSZ內層+稀土鋯酸鹽(Ln2Zr2O7)燒綠石外層”、“YSZ+Sm2Zr2O7”和“YSZ+Gd2Zr2O7”,可以減少由燒綠石外層引起的CMAS滲透因此,熱障涂層對CMAS腐蝕的抵抗力大大提高。提高YSZ表面應變公差1.EB-PVD技術、等離子體物理氣相沉積(PS-PVD)、懸浮等離子噴涂技術(SPS)可用于制備YSZ陶瓷表面層的柱狀結構,通過柱之間的縱向裂縫釋放陶瓷表面層/TGO界面上的熱失配應力允許熱障涂層承受更高的失配應變,從而增加YSZ陶瓷層的應變耐受性并延長涂層的熱循環壽命。該方法工藝簡單,成本低,但表面集中加熱會產生縱向裂紋,密度不高,形狀不可控,因此涂層的循環壽命不穩定,因此涂層在應用方面受到很大限制。

          2.來自法國阿爾比學院的Philippe教授和圖盧茲大學的佛羅倫薩教授使用溶膠-凝膠法在金屬鍵合襯底上沉積YSZ層,該襯底通過高溫熱處理裂解并用APS技術填充。裂紋增強了原始結構,形成了具有網狀分隔結構的YSZ陶瓷表面層。結果表明,這種具有縱向隔震結構的隔熱涂層可以達到接近EB-PVD隔熱涂層的熱循環壽命。 

          本文網址:http://www.mpspn.cn/news/412.html

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