论文部分内容阅读
为提高先进航空或地面涡轮发动机的涡轮前端进口温度和热效率,热障涂层被广泛地运用于燃气轮机的热端部件。典型的热障涂层体系由外部陶瓷层(TC,例如部分钇元素稳定的ZrO2,简称为YSZ)和底部金属粘接层(BC,例如MCrAlY包覆涂层或者铂改性铝化物涂层)构成。高温服役环境下在陶瓷层/金属粘接层界面处会不可避免的生成一层热生长氧化物(简称TGO)。通常人们希望能得到纯净、连续致密、平坦的微观形貌的TGO,这样才能起到连接陶瓷层和金属粘接层的过渡作用。TGO的质量直接决定了金属粘接层的抗氧化性能和热障涂层体系的服役寿命。普通和Pt改性的NiCoCrAlY-8YSZ热障涂层体系于1100℃下进行1000次循环氧化测试以考核Pt元素对TGO形成机制和抗氧化性能的影响。实验结果表明,普通NiCoCrAlY-8YSZ热障涂层界面处生成了 8.4 μm厚度的双层TGO(外层为(Ni,Co)(Cr,Al)2O4尖晶石,内部为α-Al2O3层),并伴随有少量的微裂纹。对比之下,Pt改性的NiCoCrAlY-8YSZ热障涂层界面处生成厚度仅为5.6 μm,而且仅由单一 α-Al2O3的氧化膜组成。Pt改性的NiCoCrAlY表面更易于生成低生长速率、单一的α-Al2O3的氧化膜,从而显著提高抗高温氧化性能同时延长热障涂层服役寿命。分别采用酸性/碱性电镀Pt法制备(Ni,Pt)Al涂层,并于1100℃下测试其高温氧化性能。对于酸性(Ni,Pt)Al,无论是恒温氧化还是循环氧化中均表现出了较弱的抗氧化性能。由于酸性电镀制备的(Ni,Pt)Al中引入了过量的杂质硫元素从而恶化了抗氧化性能增加了氧化膜的剥落倾向,其主要原因是杂质硫在高温氧化过程中发生了硫元素在金属粘接层/氧化膜界面处的富集,同时促进了 Al2O3氧化膜中孔洞和裂纹的形成。分别于N5单晶高温合金样品表面电镀5 μm厚度的Pt和Pt+Hf,经过气相渗铝,制备普通(Ni,Pt)Al和Hf改性的(Ni,Pt)Al涂层。制备得到对比试样分别于1100℃下进行循环氧化1000次测试后,普通(Ni,Pt)Al涂层在室温下主要由三种相(L10马氏体、B2(β-(Ni,Pt)Al)和 L12(γ-Ni3Al))组成。其原因是(Ni,Pt)Al 涂层中铝元素的过度消耗导致B2相发生不可逆相变,仅伴随着36.2%的体积收缩而诱导了涂层表面褶皱。而对于Hf改性的(Ni,Pt)Al涂层,其内部却呈现单一的层片状孪晶结构马氏体强化相。这是由于循环氧化中Hf改性的(Ni,Pt)Al内部发生了可逆相变“L10(?)B2”其伴随着3.9%微弱体积变化所致。微量元素Hf的添加极大提高了(Ni,Pt)Al涂层的高温抗蠕变性能,明显减缓或抑制了界面褶皱。