论文摘要：热障涂层在热腐蚀及热力耦合条件下的组织结构演变研究

本文中采用超音速火焰喷涂的方法在DZ125合金上制备NiCrAlY粘结层，然后采用大气等离子喷涂的方法制备了氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ)的陶瓷层。并采用并采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法研究涂层在不同服役环境下的组织结构变化，分析了不同热腐蚀环境对TGO层形貌及成分的影响，并利用交流阻抗谱(IS)方法表征了涂层组织结构的变化。同时测定了柱状涂层试样在热力耦合条件下的寿命，建立了其寿命预测的模型。在950℃热腐蚀环境中，涂层在NaCl条件下的寿命要明显短于其在NaCl+Na2SO4混合盐条件下的寿命。在NaCl条件下，随热腐蚀时间的延长，TGO层从初始的Al2O3层逐渐向混合氧化物层转变，并且其致密度在热腐蚀后期遭到严重破坏。在混合盐条件下，TGO层初始即为混合氧化物层，主要成分为Cr2O3和尖晶石结构氧化物及少量的NiO和Al2O3，而在YSZ层中可以明显的观察到裂纹的增殖变化情况，其发生位置在距陶瓷层/粘结层界面20-50μm处的YSZ层内部。热腐蚀条件下的交流阻抗谱测试表征了涂层组织结构与其电学性能的关系，TGO层电阻值的变化同其成分、厚度和致密度的变化有关。成分组成中Al2O3的含量越低，电阻值越小；厚度的增加使电阻值变大；致密度遭到破坏时，则电阻值快速降低。同时YSZ层的电阻值随YSZ层内裂纹的长度和宽度的增加而增加。热力耦合实验在温度为1000℃、1050℃、1100℃，外加拉力为80MPa、100MPa、150MPa时进行，测定各个条件下的热循环寿命值。通过分析可知，涂层在热力耦合条件下的失效位置在YSZ层内部靠近陶瓷层和粘结层界面处，并且在垂直方向上，由于温度梯度的存在，TGO层厚度也呈现梯度变化。在固定试样尺寸的条件下，涂层的寿命主要与温度和拉力的大小有关，据此建立了柱状热障涂层试样的寿命公式，并用前人的数据加以验证。

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