APS-HVOF-CoNiCrAlY+APS-8YSZ热障涂层中TGO增厚与裂纹生长

《APS-HVOF-CoNiCrAlY+APS-8YSZ热障涂层中TGO增厚与裂纹生长》是一篇研究热障涂层性能的学术论文。该论文主要探讨了在热障涂层系统中，氧化层（Thermally Grown Oxide, TGO）的增厚过程以及裂纹的生长行为。热障涂层广泛应用于航空发动机、燃气轮机等高温部件，以保护基体材料免受高温侵蚀和热疲劳损伤。论文通过实验分析和理论研究，深入探讨了不同工艺条件下TGO的形成机制及其对涂层结构稳定性的影响。

热障涂层通常由多层结构组成，其中最外层为陶瓷层，如8%氧化钇稳定氧化锆（8YSZ），中间层为金属粘结层，如CoNiCrAlY合金。在高温环境下，金属粘结层会发生氧化反应，生成TGO，其主要成分是氧化铝（Al₂O₃）。TGO的厚度和均匀性对涂层的服役寿命具有重要影响。当TGO增厚时，会引发界面应力变化，可能导致涂层开裂甚至剥落。

本论文采用等离子喷涂（APS）和高速氧燃料喷涂（HVOF）两种不同的工艺制备了CoNiCrAlY粘结层，并结合APS技术制备了8YSZ陶瓷层。通过高温氧化实验，研究了不同工艺参数下TGO的生长行为。实验结果表明，HVOF工艺制备的CoNiCrAlY涂层具有更致密的微观结构，能够有效抑制TGO的过度增厚，从而提高涂层的抗氧化性能。

在TGO增厚过程中，由于氧化反应的进行，金属粘结层中的Al元素向外扩散并与氧气反应生成Al₂O₃。随着氧化时间的延长，TGO逐渐增厚，导致界面应力增加。这种应力可能引起涂层内部的微裂纹，进而影响涂层的整体性能。论文通过显微镜观察和X射线衍射分析，揭示了TGO增厚与裂纹生长之间的关系。

此外，论文还研究了TGO增厚对涂层裂纹扩展路径的影响。在TGO增厚区域，裂纹更容易沿着TGO与陶瓷层的界面扩展，而远离TGO的区域则可能形成垂直于界面的裂纹。这种裂纹扩展模式会影响涂层的失效机制，进而影响其使用寿命。因此，控制TGO的生长速率和厚度对于优化热障涂层性能至关重要。

研究结果表明，HVOF工艺制备的CoNiCrAlY粘结层在高温氧化条件下表现出更优异的抗氧化能力。相比APS工艺，HVOF制备的涂层具有更高的致密度和更均匀的微观结构，能够有效减缓TGO的增厚速度。同时，HVOF涂层的氧化层与陶瓷层之间的结合力更强，降低了裂纹扩展的可能性。

论文还提出了一些改善热障涂层性能的建议。例如，可以通过调整喷涂参数来优化粘结层的微观结构，使其更有利于Al元素的均匀扩散和TGO的稳定生长。此外，采用多层结构设计或引入梯度材料，也有助于缓解界面应力，提高涂层的抗热震性能。

总之，《APS-HVOF-CoNiCrAlY+APS-8YSZ热障涂层中TGO增厚与裂纹生长》这篇论文通过对热障涂层系统的深入研究，揭示了TGO增厚与裂纹生长之间的相互作用机制，为优化热障涂层的设计和制备提供了重要的理论依据和技术支持。该研究不仅有助于提高高温部件的服役寿命，也为相关领域的工程应用提供了科学指导。