金属_陶瓷梯度热障涂层热震过程中的显微组织研究.pdf

第24卷第1期武汉交通科技大学学报Vol.24No.1
2000年2月JournalofWuhanTransportationUniversityFeb.2000

金属ö陶瓷梯度热障涂层热震

过程中的显a微组织研究

徐小荣潘春旭杨世柏

(武汉交通科技大学机械与材料工程学院武汉430063)

摘要:利用扫描电子显微镜和能谱成分分析技术研究了金属ö陶瓷梯度热障涂层在热震过程中的
显微组织变化及其抗热震性能.结果表明:1)金属显微组织保持完好,陶瓷显微组织有明显的破
坏;2)涂层抗热震性能与其热应力缓和功能密切相关,梯度热障涂层比阶梯热障涂层具有更高的
抗热震性能;3)金属ö陶瓷热障涂层抗热震性能与其中金属相含量有关,金属相含量增加可改善涂
层抗热震性能.
关键词:金属ö陶瓷;梯度热障涂层;热震性能;显微组织;电镜
中图法分类号:TB321;O766+11

6.5%,其余为Ni),金属基体选用1Cr18Ni9Ti(直
0引言径29mm,高15mm),涂层采用等离子喷涂法制
备,涂层结构设计方案见表1.
近年来,金属ö陶瓷梯度热障涂层的应用迅猛热震实验:试样在真空加热炉加热到900℃,
发展,其热震性研究工作大部分是以涂层出现裂保温20min,取出水淬急冷,以涂层表面出现宏
纹、开裂或剥落前热循环次数作为热震性能的判观裂纹、开裂或剥落作为热震破坏判断依据,如无
断依据[1～3].本工作综合运用扫描电子显微术对破坏,则重复实验,直至试样破坏为止.以破坏前
金属ö陶瓷梯度热障涂层热震过程中的显微组织经历的热循环次数作为涂层抗热震性能的判断依
变化以及异相界面的结合情况进行研究,以期从据.为进行显微组织研究,有些试样热震破坏后需
微观的角度探讨热障涂层的抗热震特性.继续进行若干次热震实验.
所有试样都经研磨、抛光、电解腐蚀(腐蚀液
1实验材料与方法用10%铬酸酐水溶液)等制成金相样品,经喷炭
后在日立S2570型扫描电镜(SEM)上进行显微

实验所选用的陶瓷粉末是LG2210型ZrO2+组织观察和热震特性分析;并用菲利浦EDAX
20%MgO(颗粒度:-190～+250目),金属粉末PV9100ö70能谱仪(EDS)进行元素鉴定和微区
是KF2110型NiCrAl(粒度范围:-150～+300化学成分测量.
目;主要成分:Cr:17%～19%,Al:5.5%～

表1涂层结构设计方案
样口编号纯金属层过渡层纯陶瓷层基体

216012mm016mm50%陶瓷层112mm1Cr18Ni9Ti

312012mm016mm33%陶瓷层+016mm66%陶瓷层016mm1Cr18Ni9Ti

415210mm陶瓷组分从0%～100%连续变化1Cr18Ni9Ti

收稿日期:19990830
徐小荣:女,29岁,硕士
第1期徐小荣等:金属ö陶瓷梯度热障涂层热震过程中的显微组织研究·83·

多,有些“马赛克状”结构出现破碎,其它各相仍结
2实验结果合较好,如图2b).热震4次后,金属相仍保持完
整,部分陶瓷相发生破碎,如图2c).热震7次后,
表2记录了涂层热震破坏形式,破坏前热循金属相仍然完好,陶瓷相已全部破碎,如图2d).
环次数以及实验中共进行的热循环次数.
表2涂层热震实验结果

破坏前热总热循
样品破坏形式
循环次数环次数

涂层沿粘结层ö过渡层界面
21611
剥落
纯陶瓷层沿66%陶瓷过渡
31213
层ö纯陶瓷层界面剥落
涂层沿粘结层ö过渡层界
41547
面剥落

图1a),1b)分别是梯度热障涂层过渡层和纯
陶瓷层的原始显微组织形态.图2a),2b),2c)、
2d)分别是415样品热震1,2,4,7次后的显微组
织形态.图3a)、3b)分别是312样品和216样品
热震一次后的显微组织形态,3c),3d)分别是312
样品33%陶瓷过渡层和66%陶瓷过渡层热震3
次后的显微组织形态.

图2415样品热震过程中显微组织变化
a)热震1次(1000×)b)热震2次(2000×)
c)热震4次(500×)d)热震7次(1000×)
312样品热震一次后,其显微组织形态与原
始显微组织形态相比,变化也不大,只是在33%
陶瓷过渡层ö66%陶瓷过渡层界面处有开裂现象,
如图3a).216样品热震一次后,在50%陶瓷过渡
层ö纯陶瓷层的界面发生碎裂,纯陶瓷层中“马赛
克状”结构发生开裂现象,如图3b).312样品热震
图1梯度热障涂层的原始显微组织形态(500×)三次后,33%陶瓷过渡层ö66%陶瓷过渡层的界面
开裂更加严重,此时33%陶瓷过渡层的各相及其
3分析与讨论界面仍然结合较好,如图3c).而66%陶瓷过渡层
中金属相虽比较完整,但陶瓷相已发生大面积破
311热震过程中显微组织变化碎,如图3d).
热震前,金属