出道一年，闲侃涂层，以记

yinalan

         一晃眼，都出道入沪都一年了，最初知道涂层这东西还是在两三年前了，直到我亲眼看到孔探的图片，看到经过高温烧过的涂层真面目时，也对涂层知之甚少，从那时开始找资料看比如NASA和普惠80年代的研究报告以及NASA和GE的研究报告等，算是有了点了解，之前零散的发过，过节闲暇整理出来交流下，包括涂层作用，组成，
失效等，这里涂层指的是高温涡轮叶片涂层。

         涂层不是一层，一般两层。外层是隔热层(ceramic coat)，属于陶瓷，耐冲刷，能降低金属基材温度300F度左右，涡轮叶片耐受温度提高了，就可以提高涡轮进口温度，从而提高涡轮机的效率，提高燃油经济性；往里一层是粘结层(bond coat)，言外之意是提供好的附着力把陶瓷和基材金属粘在一起，粘结层成分看也是属于金属，后面会提；粘结层还能保护基材金属抗氧化；另外是基材属于高温合金和外层陶瓷热膨胀系数差别大，在开车和关车期间，温度梯度很大，会形成很大的热应力，所以需要在两者之间增加一层过渡，缓解变形不匹配带来的热应力。

          外层陶瓷成分不管GE还是普惠都是采用含7%质量分数的氧化钇（Y2O3）部分稳定的氧化锆（ZrO2）（很薄，在0.254mm,即0.01inch），这是NASA在实验室通过实验烧出来的结果。氧化锆热导率低，熔点高，抗热冲击，这也是从陶瓷材料实验后筛选的结果；但氧化锆在不同温度会发生晶体转变，1000摄氏度左右会有单斜晶（monoclinic）转变为四方晶(tetragonal),相变会带来体积变化，增加应力，而且热导率也会变化，（四方晶是单斜晶的1.5倍）涡轮机服役温度在此范围内，所以希望氧化锆在高温熔融喷涂后保持四方晶型，避免转变成单斜晶型，就加入了稳定剂，前期用过氧化MgO,GaO, 这种处理过的涂层在1000度以下还行，随着涡轮机性能进一步提高，出口温度超过1000度，上述就不稳定了，后来发展出了以7%质量分数的氧化钇（Y2O3）作为稳定剂，但氧化钇也有克星，后面说；     到粘结层(更薄，基本在0.005inch即0.127mm)，基本是镍铬铝合金或钴铬铝合金，里面还添加有微量的钇，看起成分主要就是抗热腐蚀抗氧化，硫化的，而且还要达到强度韧性的结合（陶瓷是用来抗热的，而且本身制作就有很多微裂纹，和孔，不能阻隔外界氧的进入的，所以抗氧化不是它的活），铝的存在可以形成致密氧化膜，阻隔氧，但是燃油中存在硫，热腐蚀环境下会促使三氧化二铝的分解，镍扛不住硫，之前说过硫化镍属于低熔点化合物，但铬可以抗硫，同时钇可以与硫相互作用形成难溶硫化物。

       下面侃引发涂层失效剥落原因
       1）最主要剥落原因在于粘结层氧化，生成热生长氧化物，主要成分是氧化铝（α-六边形氧化铝），剥落与金属基材与粘结层的界面处。氧化铝，耐高温，耐磨，但是比较脆，附着性差。TGO其厚度随着服役时间呈抛物线增长，当到达一定厚度，厚的氧化物会诱发裂纹，裂纹在高应力条件和腐蚀环境下发生扩展至失效。
       2） 环境中含钠、镁的杂质，沉积到叶片表面，并通过陶瓷层的局部空隙和微裂纹渗透通过陶瓷涂层进入到粘结层（控制陶瓷的空隙率和微裂纹可以提高陶瓷的韧性以及粘附性，不能把陶瓷弄成实实的，那样呜呼的更快），形成熔盐，破获氧化铝膜、氧化铬的膜等保护膜，加快粘结层的氧化速率；另外Mg进入粘结层后还会形成MgAl2O4尖晶石（spinel）,会破坏粘结层粘附性
      3）上面的氧化钇（Y2O3）稳定氧化锆，在有含有钠和钒的腐蚀环境，发生热腐蚀时，酸性环境下，钇可以被酸浸（比如存在硫酸钠）出来，导致氧化锆的不稳定
      4）熔盐也可能在陶瓷的空隙中凝结，以后的热障冷缩带来的热应力也会破会陶瓷空隙结构，造成陶瓷层的破坏。

      侃完收工，不喜勿喷！

2266998

不错，要这么侃，不侃，以后谁都不认得你，生活呜呼了，

迷茫的维修

羡慕，

一年时间，进步飞速，还是得进上海

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厉害