电泳沉积热障涂层抗高温氧化性能的研究

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本实验利用电泳沉积技术和真空烧结工艺在K17和Inconel 600高温镍基合金基体表面分别制备Ni CoCrAlY粘结涂层和YSZ,YSZ/(Ni,Al)的热障陶瓷涂层,主要研究了NiCoCrAlY粘结涂层的抗高温氧化性能,在氧化过程中粘结层和K17合金基体的元素互扩散和相的演变,以及YSZ、YSZ/(Ni,Al)陶瓷涂层的物相组成、结合强度、抗高温氧化性和抗电化学腐蚀性。使用电泳沉积和真空双步烧结制备NiCoCrAlY涂层,无水乙醇作为电泳沉积时的悬浮液溶剂,并加入AlCl3·6H2O作为添加剂。AlCl3·6H2O在真空烧结致密化的过程中反应分解为Al2O3,Al2O3作为粘合剂包裹着沉积在高温镍基合金K17上的金属粉末微粒,使得粘结层更加均匀致密。NiCoCrAlY粘结涂层表面存在Ni3Al、Ni和(Ni,Co)Al相,NiCoCrAlY粘结涂层厚度大约在30μm左右,在1000℃高温氧化实验过程中Al和Cr都向涂层表面扩散,形成致密的氧化物膜。通过氧化增重分析得出,使用电泳沉积和真空烧结制备的NiCoCrAlY涂层具有明显抗高温氧化保护作用。在YSZ陶瓷粉末中掺杂Al、Ni,制备出的YSZ/(Ni,Al)复合热障陶瓷涂层表面有微裂纹,这些微裂纹使涂层呈现类网状结构,缩小了涂层与合金基体之间热膨胀系数的不匹配度,其中YSZ/(Ni:Al=1:1)陶瓷涂层在结合强度以及抗高温氧化性能方面体现了相对良好的性能。YSZ/(Ni:Al=1:1)陶瓷涂层的厚度大约在45μm左右,在1100℃下氧化40 h后的涂层面最致密,这是由于在氧化40 h后涂层内部孔洞处生成了α-Al2O3,填充了原有的气孔,另外生成的α-Al2O3较为致密,可以有效地阻止氧气向涂层内部的扩散,降低氧化速率,此时的涂层自愈合效果最好。继续氧化到60 h,由于在涂层内部生成脆性较大的尖晶石结构的NiCr2O4相,使得涂层内部重新出现气孔。1100℃氧化40 h后的YSZ/(Ni:Al=1:1)陶瓷涂层拥有最高的自腐蚀电位(-221 mV,vs SCE),最低的自腐蚀电流密度(5.01×10-8 A cm-2)和最高的击穿电压(532 mV),阻抗波特图中在低频区显示最大的阻抗模值。
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