第16卷 第1期
摘要：目的 研究喷涂态 YZrHf 热障涂层的微观组织及其抵抗高温热冲击的性能，探讨高温条件下热生长氧化物（TGO）对陶瓷层的影响。方法 采用大气等离子喷涂（APS）技术制备厚度约为 300 μm 的 YZrHf 热 障涂层，并将涂层在 950 ℃下保温 15 min 后进行水冷循环热震实验，直至涂层剥落失效，使用 SEM、EDS、 X 射线衍射仪对制备态及热震实验后的热障涂层微观组织进行分析。结果 涂层表面粗糙不平且分布有十几到几十微米长度的网状裂纹，这些相互贯通的裂纹为氧气的进入提供了通道。经过 101 次循环热震实验后，涂层部分区域剥落失效，SEM 结果显示，在陶瓷层/黏结层界面处、黏结层内部均出现了热生长氧化物，且在陶瓷层中分布有横向、纵向的贯通性裂纹，而在 TGO 生长区域，也出现了一些小裂纹，但涂层并未剥落。经测定分析可知，TGO 的主要成分为 Al2O3、Cr2O3、NiO 以及尖晶石氧化物组成的混合物（CSN）。结论 热震实验后 TGO 层中 Al 元素贫化，Ni、Cr 等元素向界面处迁移参与反应，同时尖晶石氧化物以 α-Al2O3为基础形成，这些氧化物的存在会产生对陶瓷层的压应力，加速涂层的开裂失效；涂层中掺杂的 HfO2能够阻止 Al 的外扩散，降低氧化层的生长速率。
图1 YZrHf 粉末的微观形貌（a）与粉末粒径统计结果（b）
图4 热障涂层不同阶段表面形貌
图5 热震失效后涂层不同失效位置处截面扫描电镜照片
图9 热障涂层 SEM 图以及部分点 EDS 元素分析
图10 不同阶段 TGO 的形成氧化机理
总结：
1）在由大气等离子喷涂制备的 YZrHf 热障涂层表面存在一定数量的孔隙和微裂纹，截面形貌呈现层片状结构，热障涂层与金属基体为机械结合，在界面处元素含量呈现梯度变化，无明显的过渡区域。
2）热震实验后，涂层的衍射峰强度高于喷涂态与粉末的，未发现单斜相 m-ZrO2，因此相变不是引起热障涂层失效的原因。
3）在高温环境下 Al 元素不断被消耗，造成 Al 贫化，Ni、Cr 等元素向界面迁移并参与氧化，生成相应氧化物。在陶瓷层/黏结层界面的不同位置，TGO 厚度存在差异，TGO 主要由 Al2O3、Cr2O3、NiO 以及尖晶石氧化物（CoCr2O4、NiCr2O4、CoAl2O4 和 NiAl2O4）组成。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.01.0010
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
洪启，吴鸿燕，王善林，郭树军，陈玉华，柯黎明等.YZrHf 热障涂层的制备及热震性能分析[J]. 精密成形工程, 2024, 16(1):87-96.
Hong Qi, WU Hongyan, WANG Shanlin, Guo Shujun, Chen Yuhua, KE Liming, et al. Preparation and thermal shock performance analysis of YZrHf Thermal Barrier Coating[J]. Precision Forming Engineering, 2024, 16(1):87-96.
