粘結(jié)層合金元素對熱障涂層粘結(jié)層-TGO界面結(jié)合因子的影響.pdf

1、熱障涂層是高溫下被應(yīng)用于熱端部件表面的一種涂層，通過在基體合金表面涂覆陶瓷層進(jìn)行隔熱，來提高部件的工作效率及壽命。粘結(jié)層是在陶瓷層與金屬基體之間的一層改善陶瓷層與基體粘結(jié)性的過渡層。在熱障涂層工作過程中，粘結(jié)層部分元素被氧化，在粘結(jié)層與陶瓷層之間生成熱增長氧化物(TGO)，實(shí)驗(yàn)證明，熱障涂層的失效往往發(fā)生在陶瓷層與粘結(jié)層之間的界面結(jié)合處。 本文以固體與分子經(jīng)驗(yàn)電子理論(EET)和改進(jìn)的TFD理論為基礎(chǔ)，從晶體價(jià)電子結(jié)構(gòu)和界面電子

2、結(jié)構(gòu)的角度，對熱增長氧化物層中α-Al<,2>O<,3>的價(jià)電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。計(jì)算了不同Al、Y、Cr、Co、Hf含量的粘結(jié)層與熱增長氧化物層之間的界面結(jié)合因子，通過界面結(jié)合因子σ(或σ′)，ρ(hk1)，ρ(uvw)，△ρmin，σequal，σsuper的計(jì)算結(jié)果分析得出： 1.粘結(jié)層中添加鋁的含量在2-wt％U寸，對于界面粘附性是最有利的；在鋁含量低于10-wt％時(shí)，有利于改善TGO與粘結(jié)層之間的界面粘附性，而高于10-

3、wt％是不利于界面結(jié)合的。鋁含量低于或等于8-wt％時(shí)應(yīng)該是有利于緩解界面的應(yīng)力的。 2.當(dāng)粘結(jié)層的取向?yàn)?111)和(100)時(shí)，加Y可以改善該界面的界面結(jié)合。但當(dāng)粘結(jié)層取向?yàn)?110)時(shí)，只有Y含量高于0.7-wt％時(shí)才能使△ρmin比無Y時(shí)小，在0.7-wt％時(shí)達(dá)到最小，同時(shí)，粘結(jié)層的面電子密度p也是在0.7-wt％時(shí)才比未添加時(shí)高，且隨著Y含量的增加有下降趨勢。綜合分析表明，粘結(jié)層中Y的含量在0.7-wt％～0.9-wt

4、％有利于粘結(jié)層界面結(jié)合的穩(wěn)定。 3.不論粘結(jié)層處于何種位相，Co的加入都有利于緩解界面應(yīng)力以及保持界面電子密度的連續(xù)性，且在10～14-wt％趨于最佳。當(dāng)粘結(jié)層的表面為(110)時(shí)，Co含量的增加有利于提高界面的結(jié)合力，而當(dāng)粘結(jié)層的表面為(100)和(111)時(shí)，界面的結(jié)合力不受Co含量影響。 4.當(dāng)粘結(jié)層的取向?yàn)?111)和(100)時(shí)，加Cr可以改善該界面的界面結(jié)合。如能控制工藝因素，使粘結(jié)層出現(xiàn)表面為(111)或(