[1]牟飞,徐彤,李广荣,等.烧结硬化行为对双陶瓷层热障涂层服役寿命的影响[J].中国材料进展,2023,42(12):993-1000.[doi:10.7502/j.issn.1674-3962.202203011]
　MOU Fei,XU Tong,LI Guangrong,et al.Effect of Sintering-Induced Hardening on Life Span of Double Ceramic Layer Thermal Barrier Coatings[J].MATERIALS CHINA,2023,42(12):993-1000.[doi:10.7502/j.issn.1674-3962.202203011]
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烧结硬化行为对双陶瓷层热障涂层服役寿命的影响()
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中国材料进展[ISSN:1674-3962/CN:61-1473/TG]

卷:
42
期数:
2023年第12期
页码:
993-1000
栏目:
出版日期:
2023-12-31

文章信息/Info

Title:
Effect of Sintering-Induced Hardening on Life Span of Double Ceramic Layer Thermal Barrier Coatings
文章编号:
1674-3962(2023)12-0993-08
作者:
牟飞1; 徐彤1; 李广荣1; 杨冠军1; 朱昌发2; 赵鼎2; 王国强2; 王钺淞3
1.西安交通大学 金属材料强度国家重点实验室，陕西 西安 710049 2.中国航天西安航空发动机有限公司，陕西 西安 710065 3.火箭军装备部驻西安地区第二军事代表室，陕西 西安 710065
Author(s):
MOU Fei1;  XU Tong1;  LI Guangrong1;  YANG Guanjun1;  ZHU Changfa2; ZHAO Ding2;  WANG Guoqiang2;  WANG Yuesong3
1.State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China 2.Xi’an Aerospace Engine Corporation in CASC, Xi’an 710065, China 3.The Second Military Representative Office of the Rocket Force Equipment Department in Xi’an, Xi’an 710065, China
关键词:
热障涂层; Gd2Zr2O7; 烧结; 热循环寿命; 结构演变
Keywords:
thermal barrier coatings;  Gd2Zr2O7;  sintering;  thermal cycle life;  structural evolution
分类号:
TG174.4
DOI:
10.7502/j.issn.1674-3962.202203011
文献标志码:
A
摘要:
锆酸钆（Gd2Zr2O7，GZO）在其熔点以下具有稳定的相结构，并且热导率较低，是替代氧化钇稳定氧化锆（yttria-stabilized zirconia, YSZ）成为热障涂层（thermal barrier coatings, TBCs）的陶瓷层部分的最有潜力的材料之一。但是，较低的断裂韧性制约着GZO的工程应用。为了实现GZO-TBCs的长寿命服役，制备了YSZ+GZO双陶瓷层TBCs，并通过分析涂层在高温下的结构演变规律来揭示双陶瓷涂层长寿命服役机理。结果表明，相比于单层GZO的TBCs，YSZ+GZO双陶瓷TBCs的热循环寿命提高了12倍。进一步研究GZO涂层在热循环过程中的失效行为，结果表明，GZO涂层在热循环后未发生相变，经1250和1450 ℃热暴露100 h后,其表观孔隙率分别下降了46.0%和59.8%，硬度则分别提高了79.0%和123.8%，且在热暴露初期变化较快，后期渐渐减缓。观察发现，GZO涂层在高温热暴露过程中层内纵向裂纹、层间未结合区域和球状孔隙等微观缺陷的逐渐愈合，导致涂层致密度提高、逐渐硬化，是引发涂层失效的主要原因之一。
Abstract:
Gd2Zr2O7(GZO) has a stable phase structure until its melting point and has low thermal conductivity. It is one of the most potential materials to replace yttria-stabilized zirconia（YSZ） as the ceramic layer of thermal barrier coatings(TBCs). However, the low fracture toughness restricts the engineering application of GZO. In order to achieve long life span GZO-TBCs, this study prepared YSZ+GZO double layer TBCs and investigated the influence of sintering-induced hardening on failure mechanism. The results show that the thermal cycle life of YSZ+GZO double layer TBCs is 12 times higher than that of GZO single layer TBCs. GZO coating has no phase transformation after thermal cycle. After 100 hours of heat exposure at 1250 ℃ and 1450 ℃, its apparent porosity decreased by 46.0% and 59.8% respectively, and its hardness increased by 79.0% and 1238%, which changed rapidly in the early stage of heat exposure and gradually slowed down in the later stage. By observing the healing behavior of longitudinal cracks in the layer, unbound areas between layers and spherical pores in high temperature heat exposure, it is found that the micro defects of the coating gradually heal, resulting in the increase of density and gradual hardening of the coating, which is one of the main reasons for the failure of the coating.

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备注/Memo

备注/Memo:
收稿日期：2022-03-08修回日期：2022-04-27 第一作者：牟飞，男，1995年生，硕士 通讯作者：李广荣，男，1989年生，副教授，博士生导师， Email:ligrong@xjtu.edu.cn
更新日期/Last Update: 2023-10-25