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1、本文利用大氣等離子噴涂技術(shù)(APS)在20G表面分別制備了NiCrAlY,ZrO2,Al2O3以及ZrO2-Al2O3復(fù)合抗氧化涂層,通過(guò)X射線衍射(XRD)、電子探針(EPMA)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微分析(TEM)等檢測(cè)方法研究了四種不同抗氧化涂層的微觀組織結(jié)構(gòu)、抗氧化性及耐磨性,探討了四種涂層的抗氧化機(jī)制和高溫氧化失效機(jī)理,并通過(guò)理論計(jì)算分析各種涂層的熱震性能。 試驗(yàn)表明,等離子噴涂NiCrAlY涂層主要由
2、Ni基固溶相、Ni3Al、NiAl和非晶相組成;非晶組織分布在晶界處有利于提高涂層的強(qiáng)度;涂層有裂紋和孔隙等缺陷;氧化后涂層表面則形成了一層Al2O3保護(hù)膜;Y元素的加入有利于提高涂層抗氧化性能,Y相主要分布于Al2O3膜中,能將Al2O3膜與涂層基體緊緊“錨住”,提高了涂層的使用壽命;等離子噴涂NiCrAlY層平均硬度為490.3HV0.1;其磨損機(jī)制為剝落和犁溝磨損。 等離子噴涂Al2O3涂層主要由α-Al2O3、γ-Al2
3、O3相組成;經(jīng)TEM分析涂層α-Al2O3相晶粒細(xì)小光滑,而γ-Al2O3相晶粒粗大;Al2O3相與NiCrAlY結(jié)合較好;氧化后Al2O3涂層面層裂紋增多;粘結(jié)層表面覆蓋一層致密熱生長(zhǎng)氧化膜(TGO),NiCrAlY中Al向粘結(jié)層和面層界面富集;經(jīng)涂層面分析,O沒(méi)有擴(kuò)散到基體中,涂層能夠很好的保護(hù)基體;Al2O3涂層抗氧化機(jī)理為通過(guò)粘結(jié)層中Al元素向界面擴(kuò)散,形成致密氧化膜覆蓋于粘結(jié)層表面以保護(hù)涂層。涂層失效機(jī)制可描述為由于TGO產(chǎn)生
4、的內(nèi)應(yīng)力超過(guò)涂層結(jié)合強(qiáng)度而使涂層脫落失效;Al2O3層平均硬度為864HV0.1,具有較高的耐磨性能,其磨損機(jī)制是由脆性疲勞所造成的微觀剝落。 等離子噴涂ZrO2涂層主要由c-ZrO2和t-ZrO2相組成;面層中孔隙、微裂紋等疏松組織,這些組織可提高涂層的熱震性能;粘結(jié)層與面層結(jié)合緊密,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋存在;粘結(jié)層與基體之間屬于機(jī)械結(jié)合;涂層氧化后面層陶瓷相形核生長(zhǎng),出現(xiàn)針狀組織;在基體與粘結(jié)層之間出現(xiàn)組織粗大的氧化物,影響涂層性能
5、,導(dǎo)致涂層失效;粘結(jié)層與面層之間沒(méi)有形成TGO。ZrO2層平均硬度為783HV0.1,在摩擦磨損初期屬于剝層磨損,后期屬于犁溝磨損。 等離子噴涂ZrO2-Al2O3復(fù)合涂層主要有α-Al2O3和c-ZrO2及t-ZrO2三相組成;涂層表面凹凸不平,小片層間的微孔隙以及未結(jié)合區(qū)形成的界面處常產(chǎn)生平行于涂層表面的橫向裂紋;面層中ZrO2和Al2O3能夠互熔在一起,組織致密;涂層在氧化過(guò)程中在粘結(jié)層和面層結(jié)合處形成一層TGO,TGO組
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