等离子喷涂-激光熔覆CoCrTaAlY/YSZ热障涂层的抗高温氧化机理及热震性能 
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High-Temperature Oxidation Resistance Mechanism and Thermal Shock Performance of CoCrTaAlY/YSZ Thermal Barrier Coatings Fabricated Using Plasma Spraying and Laser Cladding
图 & 表
图 1. 样品表面形貌。(a)车削处理后的黏结层;(b)等离子喷涂处理后的YSZ陶瓷层
Fig. 1. Surface morphologies of samples. (a) Bonding layer after turning; (b) YSZ ceramic layer after plasma spraying
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图 2. 高温氧化前后YSZ陶瓷层表面的XRD谱
Fig. 2. XRD spectra of YSZ ceramic layer surface before and after high-temperature oxidation
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图 3. 热障涂层在900 ℃下氧化100 h后横截面的SEM形貌。(a) CoCrTaAlY与1Cr13结合区;(b) YSZ与CoCrTaAlY结合区;(c) YSZ与CoCrTaAlY结合区的局部放大图
Fig. 3. SEM morphologies of TBCs' cross-section after high-temperature oxidation for 100 h at 900 ℃. (a) Bonding zone ofCoCrTaAlY and 1Cr13; (b) bonding zone of YSZ and CoCrTaAlY; (c) local magnification of bonding zone of YSZ and CoCrTaAlY
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图 4. 热障涂层的元素线扫分布图
Fig. 4. Element line-scan distribution of TBC
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图 5. 热障涂层的高温氧化动力学曲线
Fig. 5. Dynamics curves of high-temperature oxidation of TBCs
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图 6. 三种涂层的高温氧化增重速率拟合曲线
Fig. 6. Fitting curves of weight gain rates of three coatings during high-temperature oxidation
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图 7. 热震试验后热障涂层的宏观形貌
Fig. 7. Macroscopic morphologies of TBCs after thermal shock
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图 8. 热震后热障涂层的XRD谱
Fig. 8. XRD spectra of TBCs after thermal shock
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图 9. 热震后热障涂层的SEM形貌。(a)表面形貌;(b)局部放大形貌;(c)界面形貌及线扫描结果
Fig. 9. SEM morphologies of TBCs after thermal shock. (a) Morphology of surface; (b) locally magnified morphology; (c) morphology of cross-section and line-scan results
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表 11Cr13不锈钢的化学成分
Table1. Chemical compositions of 1Cr13 steel substrate
| Element | C | Si | Mn | Cr | Ni | S | P | Fe |
|---|
| Mass fraction /% | ≤0.15 | ≤1.0 | ≤1.0 | 11.5-13.5 | ≤0.06 | ≤0.03 | ≤0.035 | Bal. |
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表 2CoCrTaAlY合金粉末的化学成分
Table2. Chemical compositions of CoCrTaAlY alloy powder
| Element | Cr | Al | Y | Ta | Si | C | Co |
|---|
| Mass fraction /% | 23.01 | 8.49 | 1.09 | 8.81 | 0.83 | 2.28 | Bal. |
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表 3熔覆层的EDS分析结果
Table3. EDS analysis results of cladding layer
| Area | Mass fraction /% |
|---|
| O | Al | Si | Cr | Fe | Co | Ta | Y | Zr |
|---|
| A0 | 0.73 | 1.46 | 22.57 | 7.48 | 1.95 | 3.85 | 61.10 | 0.86 | - | | A1 | 11.43 | 9.66 | 0.51 | 27.70 | 25.70 | 17.13 | 7.69 | 0.18 | - | | A2 | 29.81 | 16.93 | 0.96 | 22.49 | 8.44 | 7.69 | 3.77 | - | 9.91 | | A3 | 30.62 | 0.93 | - | - | - | - | - | - | 68.45 |
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表 4三种涂层的Kp及其平均相对误差δ-
Table4. Kp and average relative errors δ- of three coatings
| Coating | Kp /(g2·cm-4·h-1) | /% |
|---|
| 1Cr13 | 0.0038 | 1.63 | | CoCrTaAlY | 0.0028 | 5.77 | | YSZ | 0.0024 | 7.04 |
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顾振杰, 雷剑波, 窦俊雅, 郭津博. 等离子喷涂-激光熔覆CoCrTaAlY/YSZ热障涂层的抗高温氧化机理及热震性能[J]. 中国激光, 2019, 46(8): 0802007. Zhenjie Gu, Jianbo Lei, Junya Dou, Jinbo Guo. High-Temperature Oxidation Resistance Mechanism and Thermal Shock Performance of CoCrTaAlY/YSZ Thermal Barrier Coatings Fabricated Using Plasma Spraying and Laser Cladding[J]. Chinese Journal of Lasers, 2019, 46(8): 0802007.
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