鑄鐵表面化學(xué)鍍鎳對8YSZ熱障涂層抗熱震性能的影響.pdf

1、熱障涂層(TBC)被廣泛用于提高航空發(fā)動機(jī)和先進(jìn)燃?xì)鉁u輪機(jī)的效率。因其低的熱導(dǎo)率和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在保護(hù)渦輪葉片、熱端部件等高溫工況部件方面表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。近年來，隨著涂層制備技術(shù)的進(jìn)步，TBC也被用于大功率低散熱內(nèi)燃機(jī)熱端部件的保護(hù)。
　　本課題在內(nèi)燃機(jī)活塞用的典型材料鑄鐵(QT-500)基體上制備了雙層結(jié)構(gòu)的TBC，其中粘結(jié)層(BC)為NiCoCrAlY而面層(TC)為ZrO2-8wt.％Y2O3?；瘜W(xué)鍍鎳合金鍍層因其具

2、有優(yōu)良的物理和化學(xué)性能，在工程上獲得了廣泛應(yīng)用。為了研究鑄鐵表面鍍鎳層對8YSZ熱障涂層抗熱震性能的影響，在QT-500基體上制備Ni-P合金鍍層，分別采用大氣等離子噴涂(APS)、超音速火焰噴涂(HVOF)制備TBC。采用熱循環(huán)試驗(yàn)評價TBC的抗熱震性能，利用掃描電鏡(SEM)、X-ray衍射、EDX分析等實(shí)驗(yàn)手段研究化學(xué)鍍Ni-P對熱障涂層元素擴(kuò)散和熱震失效的影響。
　　研究表明鑄鐵基體上雙層結(jié)構(gòu)熱障涂層的熱循環(huán)壽命約為100

3、0次，其熱震失效方式表現(xiàn)為陶瓷層發(fā)生大面積整體剝離。雙層結(jié)構(gòu)涂層中的貫穿型縱向裂紋擴(kuò)展至基體表面后，在基體表面生成了主要由 Fe和Si的氧化物組成的氧化區(qū),該區(qū)域內(nèi)并未進(jìn)一步形成連續(xù)而致密的氧化膜，而是形成了條狀氧化物，隨著熱循環(huán)時間的延長，條狀氧化物破壞了基體的連續(xù)性，從而降低了基體的承載能力，在交變應(yīng)力的作用下易發(fā)生開裂，且基體表面的氧化區(qū)不斷向基體內(nèi)部擴(kuò)大，削弱了涂層與基體的結(jié)合力，加速了TBC的失效。
　　鑄鐵基體上加入了

4、化學(xué)鍍保護(hù)層后，熱障涂層經(jīng)過約1400次的測試，試樣表面的陶瓷層仍舊比較完整，其熱震失效形式為邊角局部剝落，這主要是因?yàn)榛瘜W(xué)鍍鎳層大幅度提高了基體的抗氧化能力，同時，在鍍鎳層兩側(cè)界面位置發(fā)生了金屬元素的互擴(kuò)散，這使得噴涂界面在機(jī)械結(jié)合的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了類冶金結(jié)合現(xiàn)象，提高了界面結(jié)合力以及涂層抗熱震性能。在鍍層失效的區(qū)域，粘結(jié)層和鍍層界面處以及鍍層和基體界面處均生成了具有雙層結(jié)構(gòu)的氧化物，而致密的Ni-P合金鍍層的存在，有助于阻止氧的擴(kuò)散，防