8YSZ热障涂层表面织构设计及其抗热震性能OA北大核心CSTPCD

目的研究不同表面织构形貌对8YSZ热障涂层的抗热震性能和失效机制的影响。方法采用微电火花在高温镍基合金基体表面设计加工4种形貌的表面织构,并利用大气等离子喷涂技术制备相同厚度的8YSZ热障涂层。采用水淬法进行热冲击试验,利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)和能谱仪(EDS),分析不同表面织构的微观结构演变、断裂形态、残余应力和元素分布,结合能量释放率准则,揭示不同织构形貌对失效机制的影响。结果表面无织构的涂层的界面韧性较小,裂纹在边界和内部萌生,为氧气和腐蚀介质的扩散提供了通道,经热冲击后会发生大尺寸断裂,在16次水淬后出现大面积屈曲失效。凸织构顶部出现严重的应力集中现象,能量释放率较大,经18次水淬后脱黏失效。凹梯形织构界面韧性较大,内部残余应力较小,经30次水淬后织构两侧出现裂纹,平均抗热冲击次数为53,抗热冲击性能较好。结论涂层与镍基合金基体之间的热膨胀系数存在较大差异,涂层受到热冲击后在界面产生较大的热失配应力,促使裂纹萌生。表面织构能够有效提高涂层的界面韧性,由于凹梯形织构具有最佳的偏转角,界面增韧效果最好,且能够有效阻挡裂纹的扩展,使得断裂失效缓慢,热冲击寿命得到显著提高。可为热障涂层的表面织构设计提供理论指导。