稀土掺杂Nd2O3对YSZ/(Ni,Al)复合涂层组织与性能的影响

表面技术 , 2016, 45(10): 49-55. doi: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.008

稀土掺杂Nd2O3对YSZ/(Ni,Al)复合涂层组织与性能的影响

宋闪光 ^1, , 王伟 ^2, , 谭世磊 ^3, , 王莉莉 ^4,

1.上海工程技术大学材料工程学院,上海,201620

2.上海工程技术大学材料工程学院,上海,201620

3.上海工程技术大学材料工程学院,上海,201620

4.上海工程技术大学材料工程学院,上海,201620

关键词：抗高温氧化 , 结合强度 , 氧化钕 , 稀土掺杂 , 自愈合 , 热障涂层

Effect of Rare Earth Doped with Nd2O3 on Microstructure and Properties of YSZ/(Ni, Al) Composite Coatings

Keywords： oxidation resistance , adhesion strength , Nd2O3 , doped with rare earth , self-healing , thermal barrier coating

目的提高YSZ/(Al,Ni)复合涂层与基体的结合强度和抗高温氧化性.方法采用电泳沉积方法在Inconel600高温合金表面沉积YSZ/(Al,Ni)复合涂层和掺杂稀土Nd2O3-YSZ/(Al,Ni)(N-YSZ/(Al,Ni))复合涂层,然后进行真空烧结,最后对制备好的热障复合涂层进行划痕实验和等温循环氧化实验.通过对样品进行等温循环氧化实验,获取不同氧化时间段的复合涂层样品,并通过采用SEM和XRD分别对复合涂层形貌和微观结构进行分析.结果在1100℃等温氧化过程中,未掺杂稀土元素复合涂层的氧化增重速率为0.0057 mg/cm2,而掺杂钕元素的复合涂层的氧化增重速率为0.0046 mg/cm2,比未掺杂稀土YSZ/(Al,Ni)复合涂层低.N-YSZ/(A1,Ni)热障复合涂层在等温氧化过程中颗粒较小,裂纹少,表面更加致密,并且发生自愈合现象.真空烧结后的YSZ/(Al,Ni)复合涂层和N-YSZ/(Al,Ni)复合涂层与基体的结合强度大约为4.0 N,在经过氧化100 h后,掺杂稀土的N-YSZ/(Al,Ni)复合涂层的结合强度为3.26 N,未掺杂稀土钕元素YSZ/(Al,Ni)复合涂层与基体的结合强度为2.6N.N-YSZ/(Al,Ni)热障复合涂层中存在Nd2Zr2O7相和稳定的NiAl2O4相,Nd2Zr2O7相具有良好的稳定性以及耐高温氧化性.结论掺杂稀土氧化钕N-YSZ/(Al,Ni)复合涂层,在1100℃、空气氛围下等温氧化过程中发生自愈合现象.随着氧化时间的增加,掺杂稀土元素钕的N-YSZ/(Al,Ni)复合涂层表面的颗粒趋于均匀化,裂纹明显变少,使得涂层更加致密和平整.掺杂了稀土钕元素的N-YSZ/(A1,Ni)复合涂层与基体之间具有更高的结合强度.在1 100℃、空气氛围下等温氧化100 h时,掺杂了稀土钕元素的N-YSZ/(A1,Ni)复合涂层与基体的结合强度明显大于YSZ/(Al,Ni)复合涂层,提高了N-YSZ/(A1,Ni)复合涂层的抗剥落性和服役寿命.在1100℃、空气氛围下等温氧化过程中,掺杂稀土元素钕的N-YSZ/(Al,Ni)复合涂层的抗高温氧化性能比未掺杂稀土元素的YSZ/(Al,Ni)复合涂层的抗高温氧化性能显著提高.

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