YSZ/CoCrAlY热障涂层激光熔覆与等离子喷涂高温氧化研究

"该研究通过半导体激光熔覆与等离子喷涂技术制备YSZ/CoCrAlY热障涂层，并对其在高温氧化后的结构变化和残余应力进行深入分析。利用SEM、XRD和拉曼显微光谱仪进行表征和测试。研究表明，高温氧化后，涂层的粘结层呈现树枝晶结构，而陶瓷层则出现裂纹和部分脱落，ZrO2的相变导致体积变化，进而产生应力。通过模型计算，陶瓷层在750℃氧化108小时后的残余应力为496.5 MPa的压应力，与实验测量的434.8 MPa吻合良好。" 这篇论文详细探讨了热障涂层的制备方法及其在高温环境下的性能表现。热障涂层是一种重要的材料保护技术，主要用于航空、航天和能源领域，以保护基体材料免受高温侵蚀。本研究采用的是半导体激光熔覆与等离子喷涂相结合的技术，这是一种创新的制备方法，可以实现涂层与基体的紧密结合，提高涂层的耐高温性能和使用寿命。 首先，作者通过实验制备了YSZ/CoCrAlY热障涂层，YSZ（Yttria-stabilized zirconia）是常见的陶瓷层材料，CoCrAlY作为粘结层，可以提供良好的机械连接和化学稳定性。然后，他们利用扫描电镜（SEM）来观察涂层的微观结构，X-射线衍射仪（XRD）用于分析涂层的晶体结构。这些分析结果显示，经过高温氧化，粘结层的结构呈现出垂直于基体的树枝晶形态，显示出良好的熔覆效果。 然而，陶瓷层在高温氧化过程中表现出不稳定的现象，出现了细小裂纹和部分脱落。这是由于ZrO2在不同相态之间的转变，这种转变伴随着体积的变化。当ZrO2从单斜相转变为立方相或正方相时，体积收缩，导致陶瓷层承受拉应力；反之，从立方相或正方相转变为单斜相时，体积膨胀，产生压应力。这种相变和体积变化是导致涂层结构损坏和应力积累的关键因素。 为了更准确地理解这种应力状态，作者建立了一个计算模型来评估高温氧化后的残余应力，并用拉曼显微光谱仪进行验证。模型计算得到的陶瓷层残余应力为496.5 MPa的压应力，与实际测量的434.8 MPa压应力相比较接近，这表明该模型具有较高的可靠性和实用性。 该研究揭示了热障涂层在高温氧化条件下的结构演变和应力状态，为优化涂层设计和改进工艺提供了理论依据。未来的研究可能将集中在如何减少相变引起的体积变化，改善涂层的抗氧化性和耐久性，以满足更苛刻的工作环境需求。