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陶瓷喷涂热障涂层的应用

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陶瓷喷涂热障涂层的应用

发布日期:2018-08-18 作者:江苏中宝机械科技有限公司 点击:

1.当工作温度高于1200℃时,随着烧结时间的延长,YSZ的孔隙率和微裂纹数逐渐减少,导热性增加,隔热效果降低。

2.在高温环境中,在热障涂层的表面层和粘合层之间形成主要由氧化铝组成的热生长氧化物(TGO),金属粘合层产生“贫铝条”。随着热循环次数的增加,铝耗尽区扩大,并且在TGO中形成Ni、Co的尖晶石基氧化物,这导致TGO内部的大应力,最终导致裂缝并导致陶瓷表面层下降关闭。

3.在空气环境或飞机跑道上的颗粒物质进入燃烧室后,在高温下形成玻璃状沉积物CMAS(CaO,MgO,Al2O3,SiO2和其他硅酸铝材料的缩写)。CMAS粘附在发动机叶片上,在毛细力的作用下渗入YSZ涂层孔的深度方向。然后CMAS与YSZ涂层中的Y2O3反应,加速YSZ相变,最后进行热化学和热机械相互作用。在此作用下,YSZ涂层内部产生裂缝。

4.YSZ陶瓷表面层、金属键合层、TGO热膨胀系数的差异会导致YSZ陶瓷表面层/TGO界面、TGO/金属键合层界面从工作温度(几千摄氏度)到室温应变不匹配在该过程中发生,这形成热失配应力,最终导致YSZ表面层脱落。为了提高YSZ涂层的性能,进行了大量的探索和研究。表1是影响YSZ涂层使用寿命的常见问题及其改进需求改进方法。

一、提高了耐烧结性

1.提高陶瓷喷涂的纯度,降低YSZ涂层中SiO2和Al2O3杂质的含量,可显着降低涂层的烧结速度,降低平面收缩的趋势,降低导热系数的增加率。涂层显示出一定的阻力。烧结。

2.在涂层中添加特殊化学元素。例如,在镧系元素锆酸盐体系(La2Zr2O7)涂层中适量的Hf、Nd、Gd、Sm可以有效地提高涂层的抗烧结性能。两个、控制着TGO的增长在航空发动机的高温使用期间,诸如Al,Cr,Ni等金属元素在与氧接触时被选择性地氧化,并且在结合层的表面上形成热生长氧化物层。(BC)和顶部陶瓷层(TC)。当张力超过TC的粘合力直到表面涂层剥落时,引起涂层局部膨胀和TC张力的TGO)引起裂纹扩展。

1.改变粘合层的化学成分。在这些元素的偏析和聚集下,适当掺杂一些活性元素(如Y,Hf,Zr),降低Al2O3的生长速率,抑制TGO的生长;

2.使用冷喷(CS)、超音速火焰喷涂(HVOF)或预沉积一层富铝PVD“薄夹层”,以改善涂层结构,降低氧扩散系数,从而减缓TGO的生长速度。

二.提高CMAS的耐腐蚀性在发动机叶片上形成CMAS不仅导致氦气的损失,导致ZrO2熔体相变的不稳定相,而且CMAS的沉积将导致涂层应力增加,加速涂层的侵蚀,并大大减少热障涂层的使用寿命。

研究发现,涂层可以从以下几个方面提高CMAS的耐腐蚀性:

1.改变涂层的化学成分。在YSZ中添加Al,Ti,Si和其他元素可以诱导形成氧磷灰石相,从而抑制CMAS的内部侵蚀,降低界面层的润湿性并增强涂层的CMAS抗性。

2.改变涂层结构。渗透到Y2Zr2O7的烧绿石结构中的CMAS远小于一般结构的YSZ。双层热障涂层,用于“YSZ内层+稀土锆酸盐(Ln2Zr2O7)烧绿石外层”、“YSZ+Sm2Zr2O7”和“YSZ+Gd2Zr2O7”,可以减少由烧绿石外层引起的CMAS渗透因此,热障涂层对CMAS腐蚀的抵抗力大大提高。提高YSZ表面应变公差1.EB-PVD技术、等离子体物理气相沉积(PS-PVD)、悬浮等离子喷涂技术(SPS)可用于制备YSZ陶瓷表面层的柱状结构,通过柱之间的纵向裂缝释放陶瓷表面层/TGO界面上的热失配应力允许热障涂层承受更高的失配应变,从而增加YSZ陶瓷层的应变耐受性并延长涂层的热循环寿命。该方法工艺简单,成本低,但表面集中加热会产生纵向裂纹,密度不高,形状不可控,因此涂层的循环寿命不稳定,因此涂层在应用方面受到很大限制。

2.来自法国阿尔比学院的Philippe教授和图卢兹大学的佛罗伦萨教授使用溶胶-凝胶法在金属键合衬底上沉积YSZ层,该衬底通过高温热处理裂解并用APS技术填充。裂纹增强了原始结构,形成了具有网状分隔结构的YSZ陶瓷表面层。结果表明,这种具有纵向隔震结构的隔热涂层可以达到接近EB-PVD隔热涂层的热循环寿命。 

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