表3.3 涂层系统的结构及厚度加工方法粘结层McralY/mm陶瓷层8% Y2O3-ZrO2/mm喷涂工艺等离子0.l20.l00.l5；0.250.35等离子表3.4 涂层结合强度试验结果氧化温度l0 。

54、50氧化时间/h0102050100拉伸/Mpa胶失效34.95 ， 28 ， 2628.47 ， 25.6 ， 2520 ， 23 ， 24.221.8 ， 27.86 ， 25.7剪切/Mpa胶失效27.5 ， 32.5 ， 27.630.0 ， 28.9 ， 28.521.1 ， 34.6 ， 24.529.5 ， 24.3 ， 23.2氧化温度700氧化时间/h0100拉伸/Mpa胶失效胶失效剪切/Mpa胶失效胶失效显然无论是静载荷还是循环载荷 ， 涂层的危险部位均在其界面附近 。
结合强度受氧化影响比较明显：在不发生氧化时(包括700工况) ， 两个方向的结合强度均大于胶的粘结强度(4045Mpa)；相比1050温度时 ， 经过10h氧化后涂层的结合强度明显降低 。

55、 ， 这一特性在两个加载方向上均是如此 。
结合强度随氧化时间的增加有减小的趋势 ， 但不明显 ， 所以结合强度与涂层的氧化时间是否存在定量的关系需进一步研究 。
3.1.5 热冲击分析对陶瓷面层厚度为0.23,0.35和0.70的试样进行了热冲击试验 ， 结果如下表表3.5 涂层厚度对热冲击性能的影响试样组号123热冲击寿命/次39 ， 45 ， 3424 ， 28 ， 2112 ， 15 ， 13从热冲击试验结果表3.5可以看出 ， 随着陶,瓷面层厚度的增大 ， 涂层热冲击寿命将明显下降 。
这是因为随着陶瓷面层厚度增大 ， 喷涂时涂层內累加的应力大 ， 且热冲击过程中大厚度的陶瓷层变形适用性差 ， 因而热冲击寿命较短 。
随着陶瓷面层厚度的增大 ， 涂层热冲击寿命将 。

56、明显下降 。
3.2 TGO氧化行为分析3.2.1 TGO氧化机理TGO的生长是导致热障涂层失效的根本原因 ， 分析TGO的生长过程至关重要 。
有关文献计算了Al、O、Ni、Cr元素的扩散系数 ， O元素的扩散速度最快 ， 元素扩散以O元素向粘结层内扩散为主 ， 使粘结层氧化 。
在相同温度条件下 ， Al与Ni、Cr相比 ， Al氧化成Al2O3的标准生成自由能最低 ， 所以Al优先与O元素形成致密的 。
-Al2O3是阻碍O元素向粘结层内部扩散的主要元素；-Al2O3具有氧离子扩散率低和附着力强等特点 ， 是阻碍O元素向内扩散的主要屏障 ， 可以明显改善材料抗氧化失效作用 ， 起到对合金基底的防护作用 。
氧化过程中 ， 粘结层中的Al逐渐贫化 ， 形成 。

57、贫铝带 ， 当粘结层不足以提供完全生成-Al2O3的Al含量时 ， 粘结层内的Ni ， Cr就会开始氧化 ， 形成Ni及Cr的氧化物26 。
形成的-Al2O3膜将Ni、Cr氧化物包围其中 ， 由于氧化物之间及氧化物与粘结层之间不同的热膨胀系数 ， 使粘结层内部热应力增加 ， 粘结层内部空隙、裂纹等缺陷产生的趋势增加 。
随氧化的继续 ， TGO与粘结层界面会逐渐向粘结层推进 ， 使TGO增厚 ， 粘结层氧化加剧 。
Al进一步贫化 ， 形成更多的尖晶石类氧化物 ， 形成的尖晶石类氧化物又会加速氧化反应的进行 ， 氧化膜内应力进一步增加 ， 如此循环热应力加速粘结层失效 ， 最终导致热障涂层失效 。
3.2.2 TGO生长的控制综上所述 ， 热障涂层失效的根本原因是粘结层 。

58、中Al元素氧化形成-Al2O3 ， Ni、Cr元素参与氧化形成混合氧化物 ， TGO的生长使热应力增加 ， 导致粘结层氧化失效 。
国内外学者研究了许多方法控制TG0的生长 ， 对提高粘结层的抗高温氧化性能具有一定的指导意义 。
根据上述粘结层氧化过程、机理的分析及国内外文献资料的论述 ， 总结方法如下：(1)加入Pt族元素及Hf等稀土元素以凋整粘结层中元素活度 ， 促进表面单一致密、粘附性好的-Al2O3保护膜的形成 ， 有效降低TGO的生长速率 。
(2)采用梯度结构的粘结层或在粘结层加入第二相-Al2O3 ， 形成底层为MCrAlY ，第二层为MCrAlY-Al2O3的复合连接层 ， 可以提高粘结层与陶瓷层之间的结合强度和抗氧化性能 。
。

59、(3)在粘结层表面进行脉冲电子束处理 ， 形成非晶的单相-Al2O3 ， 减小TG0的生长速率 ， 提高粘结层抗氧化性能 。
(4)对粘结层进行喷丸处理 ， 使粘结层表面拉应力变为压应力 ， 消除粘结层内气孔等缺陷 ， 提高粘结层抗氧化性能 。
(5)对粘结层进行真空处理 ， 使粘结层表面生成粘附性更好的-Al2O3氧化膜 ， 提高粘结层抗氧化性能 。
3.3 本章小结(1) 高温氧化后试样的表面硬度变大 ， 从而提高了试样的强度和耐磨性等性能 ， 也就是氧化层可以提高涂层的硬度 。
(2) 涂层内的等效残余应力随表面粗糙度的增大整体呈增大趋势 ， 在Ra在30m附近时 ， 等效残余应力较小 ， 同时压应力较小 ， 具备制备最佳涂层条件 。

稿源：(未知)

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标题：合金|钴基合金上热障涂层的制备及高温性能研究( 九 )