| 题名 | LZO/8YSZ双陶瓷热障涂层高温氧化及CMAS腐蚀性能研究 |
| 作者 | 杨乐馨 |
| 答辩日期 | 2019 |
| 导师 | 李文生 |
| 关键词 | LZO/8YSZ 双陶瓷热障涂层 等温氧化 热震 CMAS腐蚀 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 热障涂层（Thermal Barrier Coatings,TBCs）由高温合金基体、粘结层（Bond-Coat,BC）、陶瓷隔热涂层（Top-Coat,TC）构成。目前被广泛应用的热障涂层陶瓷材料为8 wt%的氧化钇部分稳定氧化锆（8 wt%Yttria-stabilized zirconia,8YSZ）,其具有较低的热导率（0.69-2.4 W/（m·K）（1273 K））,高的强度和断裂韧性(1.33.2 MPa·m1/2)。但是,温度大于1100℃时,陶瓷层中更高的氧扩散速率会导致金属粘结层氧化加速、YSZ/热生长氧化物（Thermally Grown Oxide,TGO）界面晶格参数失配;另外在1170℃以上的钙镁铝硅氧化物（CaO-MgO-Al2O3-SiO2,CMAS）腐蚀环境服役时,会因YSZ涂层中钇元素缺失而导致相变,进而引发裂纹及过早剥落的现象等问题限制其在更高温度、更复杂环境下的应用。本研究利用锆酸镧（La2Zr2O7,LZO）材料的高温隔热性、氧不透过性和同CMAS反应生成磷灰石相封阻层减缓熔盐渗透的特点,采用爆炸喷涂（D-Gun）制备粘结层,大气等离子（APS）制备LZO/8YSZ双陶瓷热障涂层,对其双陶瓷结构的等温氧化、热震和CMAS腐蚀性能做了细致研究,揭示了LZO/8YSZ双陶瓷TBCs在减缓粘结层氧化、有效阻碍CMAS渗透的作用机制,为设计长寿命LZO/8YSZ双陶瓷热障涂层提供数据参考。利用1100℃等温氧化试验表征LZO/8YSZ双陶瓷TBCs的氧化性能,揭示了LZO材料的阻氧作用对粘结层氧化的抑制机理。研究表明:LZO/8YSZ双陶瓷TBCs中粘结层内未见氧化产生的条带状氧化物及孔洞等明显现象,相对氧化增重为2.82 mg/cm2,低于8YSZ单陶瓷TBCs的3.13 mg/cm2;且TGO中未见明显分层现象（下层为Al2O3,上层为Cr2O3、NiO和（Ni,CO）（Cr,Al）2O4尖晶石化合物）,TGO生长速率为5.79×10-2μm2/h,厚度值为3.75-5.25μm,低于8YSZ单陶瓷TBCs的TGO生长速率6.26×10-2μm2/h和TGO厚度值5-5.5μm。即LZO/8YSZ双陶瓷TBCs表现出TGO生长速率低、厚度小、尖晶石等混合氧化物少,粘结层中β相变速率慢的特点,最终降低了粘结层的氧化速率,因而具有更好的抗氧化性能。利用1100℃热震试验表征LZO/8YSZ双陶瓷TBCs的热震性能,研究了双层结构的失效次数、失效位置并揭示了失效机理。研究表明:1100℃LZO/8YSZ双陶瓷TBCs的热震次数为15次,主要失效方式为中心位置处LZO层内部的层离和8YSZ/粘结层界面靠近8YSZ一侧的分离脱落,其热震寿命略低于8YSZ单陶瓷TBCs的27次,主要是LZO冷热交替下热膨胀系数不匹配引发的应力集中和LZO材料自身的低脆性共同导致。利用1250℃CMAS腐蚀试验表征LZO/8YSZ双陶瓷TBCs的腐蚀性能,阐明LZO封阻保护的原因。研究表明:1250℃CMAS腐蚀12 h,LZO/8YSZ TBCs反应层物相以球状ZrO2和棒状Ca2La8（SiO4）6O2为主,并伴有少量CaAl2Si2O8和MgAl2O4,LZO剩余约55μm,即反应完小于50%的LZO层;而8YSZ TBCs变为以球状m-ZrO2为主的疏松结构,腐蚀深度约为300μm（即整个8YSZ层）。腐蚀后8YSZ、LZO硬度均有所增加,但提高的面内刚度尚未引发腐蚀界面分层开裂。LZO陶瓷层作为双陶瓷TBCs牺牲防护层,依靠La同CMAS反应生成致密磷灰石（Ca2La8（SiO4）6O2）的封阻作用,有效减少CMAS渗入,抑制了内部8YSZ的不稳定性。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 71 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/94956]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 杨乐馨. LZO/8YSZ双陶瓷热障涂层高温氧化及CMAS腐蚀性能研究[D]. 2019. |
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