YSZ热障涂层的热腐蚀性能研究

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本文主要研究了热障涂层体系在高温熔盐中的热腐蚀性能,研究对象为镍基高温合金Hastelloy X、NiCrAl金属涂层和8YSZ陶瓷层。两种涂层均采用大气等离子喷涂技术制备,其机构分别为Hastelloy X+NiCrAl和Hastelloy X+NiCrAl+YSZ。对三种试样进行高温氧化处理后,在750℃的25wt.% NaCl-75wt. %Na2SO4混合熔盐中进行热腐蚀实验,使用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、电化学测试、失重曲线等分析测试方法研究三种材料在热腐蚀冲击下组织结构的变化,分析材料的热腐蚀性能及腐蚀破坏机制。研究了氧化处理对Hastelloy X热腐蚀性能的影响:经过氧化后可以在表面形成完整紧密的氧化物保护层,阻止熔盐向合金扩散;未经氧化的合金热腐蚀过程中腐蚀产物也可以形成保护膜,结构疏松,熔盐可以扩散至合金基体表面,腐蚀产物中的氧化物迁移至保护膜表面而硫化物厚度在膜下不断增长导致保护膜开裂脱落,腐蚀速度加快。经过氧化处理后,NiCrAl金属涂层表面生长出致密的Cr、Al的氧化物保护膜,腐蚀速度很慢。表面氧化物会和熔盐中的Na2O发生反应被溶解,生成Na2CrO4、NaAlO2等物质,饱和后析出结晶。涂层内的金属会向表面迁移,导致涂层内部出现缺陷,晶格变大。氧化处理后在NiCrAl层与YSZ层之间出现氧化物生长层(TGO)。YSZ层也出现了被Na2O溶解的现象,生成Na2ZrO3,溶解作用使构成涂层层状结构的颗粒分散。Na2ZrO3在熔盐中饱和后在涂层的裂纹和缝隙出析出结晶,导致涂层破裂脱落。YSZ涂层的多层结构使涂层不会快速的被破坏。
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