热循环条件下 NiCrAlYSi/YSZ 热障涂层层间损伤及 元素扩散行为研究

作者:戴建伟,牟仁德,何利民,杨文慧,刘德林,许振华(北京航空材料研究院 航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室 北京 100095)

关键词:热障涂层;热循环;层间损伤;元素扩散

摘要:

采用真空电弧镀设备制备热障涂层(TBCs)中的 NiCrAlYSi 金属粘结层,采用电子束物理气相沉 积工艺(EB-PVD)制备 YSZ 陶瓷层,利用带能谱仪的扫描电子显微镜对沉积态和热循环损伤后的热障涂层试样的形貌、组织结构以及元素成分进行分析,研究热障涂层从热循环初期到失效的过程中层间损伤及元素扩散行为。结果表明,随着热循环时间的延长,NiCrAlYSi/YSZ 涂层先后经历快速氧化和氧化速率很低的阶段,1100h 后由于陶瓷层脱落,粘结层继续氧化导致涂层增重突然增大。热循环初期,Zr、O 向内扩散,Ni、Cr、Al 向外扩散,TGO 层中的 Al 元素供应充足,主要发生 Al 的选择性氧化;1100h 后,TGO 层中 Al元素供应不足,Cr、Ni 开始氧化,生成 Al1.92Cr0.08O3和镍铝氧化物。这种不均匀的氧化使局部涂层体积膨 胀,裂纹萌生于 TGO 层,随着裂纹的增殖、生长,最终贯穿等轴晶区和 TGO 层,导致热障涂层失效。

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