Amb l'objectiu de detectar el fenomen de la peladura del recobriment de la barrera tèrmica de les pales de la turbina que funcionen durant la prova, aquest estudi va descobrir la causa principal del pelat del recobriment durant l'ús del producte mitjançant l'observació macroscòpica, l'anàlisi de la morfologia del microscopi electrònic d'escaneig i l'anàlisi de microcomponents de l'espectre energètic, combinats. amb els resultats de la investigació de tot el procés del procés, i presentar suggeriments per a la millora de la tecnologia de processament de les parts posteriors.
El recobriment de barrera tèrmica de deposició de vapor físic de feix d'electrons (EB-PVD) s'ha utilitzat àmpliament a les pales de motors aerodinàmics i s'ha convertit en una tecnologia clau indispensable per a les pales de motors aerodinàmics. La tecnologia EB-PVD és una tecnologia que utilitza un feix d'electrons d'alta densitat d'energia per escalfar el material a vaporitzar en un gresol refrigerat per aigua en un entorn de buit, de manera que assoleixi un estat de gasificació fosa i s'evapori al substrat sota l'acció. d'un camp magnètic desviador per condensar-se en un recobriment. Hi ha molts tipus d'estructures de recobriment de barrera tèrmica EB-PVD, inclosa l'estructura de doble capa, l'estructura de gradient i l'estructura multicapa, dels quals el més utilitzat és el recobriment de barrera tèrmica de doble capa. El recobriment de barrera tèrmica de doble capa es compon d'una capa superior de ceràmica i una capa d'unió metàl·lica. La capa de ceràmica juga principalment el paper d'aïllament tèrmic, i la capa d'unió metàl·lica té principalment el paper d'alleujar el desajust d'expansió tèrmica entre la matriu i la capa de ceràmica i millorar la resistència de la matriu a la corrosió per oxidació a alta temperatura. En l'entorn de treball real, la interfície entre la capa d'enllaç i la capa ceràmica formarà una capa d'òxid, el component principal de la qual és -Al2O3, inhibint així la difusió addicional dels elements O al recobriment. El principal repte que s'enfronta a l'aplicació de recobriments de barrera tèrmica és la durabilitat del recobriment, especialment la resistència del recobriment a l'escallada, que està influenciada per molts factors, com ara l'estat d'estrès a la capa ceràmica, la microestructura de la capa d'enllaç, el gruix. i l'estat de tensió de la capa TGO, i la resistència a la fractura de les diferents interfícies entre la capa d'enllaç i TGO. Actualment, es reconeix que l'oxidació de la capa d'enllaç és el factor clau per determinar la vida útil del recobriment de barrera tèrmica.
1. Procés de prova i resultats
1.1 Observació macroscòpica de la morfologia de l'escallada del recobriment
9 hores després de la prova del motor, es va trobar que el recobriment de la superfície de la fulla de treball s'estava trencant i que l'àrea de trencament superava els requisits estàndard. La seva macromorfologia es mostra a la figura 1.
1.2 Anàlisi comparativa del recobriment abans i després de l'ús
Per analitzar més a fons les causes de la peladura del recobriment de les fulles, es van comparar les fulles de servei amb les fulles noves del mateix lot, i es van comparar i analitzar els components del recobriment i la microestructura de les puntes de les fulles i les parts mitjanes de cada fulla segons la fulla. posicions que es mostren a la figura 2.
1) Comparació de la macromorfologia de les fulles. La fulla de servei i la nova fulla es van comparar i observar, i la morfologia es va mostrar a la figura 3. El pelat del recobriment de la fulla de servei es concentra principalment a la vora d'entrada i la vora d'escapament de la fulla prop de la punta de la fulla.
2) Anàlisi de la composició química. Es van prendre mostres de la punta de la fulla i del mig del cos de la fulla, i es van preparar mostres metal·logràfiques després de Mosaic calent. Segons les parts de detecció que es mostren a la figura 2, els components del recobriment de cada part de la fulla es van analitzar per espectre d'energia. Els resultats van mostrar que el contingut de l'element principal a la capa inferior de les fulles pelades era bàsicament el mateix que el del mateix lot de fulles desinstal·lades, però no hi havia cap diferència òbvia en el contingut de l'element principal a la capa superficial.
3) Anàlisi de la morfologia del recobriment. Les mostres metal·logràfiques es van observar mitjançant microscòpia electrònica d'escaneig, i els resultats es van mostrar a la figura 4. Es pot veure a la figura que la capa inferior de la fulla on es desprèn el recobriment està intacta i que queda una mica de teixit de la capa superficial a la part inferior. capa. El recobriment es trenca des de l'arrel del cristall columnar de la capa superficial i hi ha una capa TGO d'aproximadament 1 μm entre la capa superficial i la capa inferior. A més, es va analitzar l'estructura de recobriment completa a diferents posicions de la fulla i es va observar la morfologia microscòpica des de la vora d'entrada fins a la vora d'escapament a la secció mitjana de la fulla. A la vora d'entrada de la secció mitjana de la fulla, el cristall cilíndric de la capa superficial s'ha esquerdat al llarg de l'arrel, cosa que indica que el recobriment comença a pelar-se a la punta de la fulla i la fractura s'estén al centre de la fulla. . D'altra banda, les estructures de cristall columnar de la capa superficial a la part posterior de la fulla i la vora d'escapament s'agrupen, no en una distribució plomosa, l'espai entre els cristalls columnars no és evident i l'arrel del cristall columnar és més fluixa que la punta.
Es va realitzar microscòpia electrònica d'escaneig en diferents posicions de fulles desinstal·lades del mateix lot, i els resultats es van mostrar a la figura 5. Com es pot veure a la figura 5, l'estructura de recobriment de les fulles acabades de fer és la mateixa que la de les fulles pelades. . L'extrem superior del cristall columnar està densament distribuït i l'estructura de la capa superficial està formada per capes apilades. Hi ha una capa TGO òbvia entre la capa superficial i la capa inferior, i el gruix és d'uns 1 μm. L'existència de la capa de TGO entre la capa d'unió i la capa de ceràmica de la fulla indica que durant la deposició de la capa de ceràmica, hi ha una certa quantitat d'O al forn, que afavoreix la formació de la capa de TGO i el grau de buit de És possible que el forn no compleixi els requisits estàndard, de manera que la capa TGO es forma primer a la unió de la capa inferior i la capa superficial. Al mateix temps, l'esquerda superficial ceràmica al llarg del cristall columnar també existeix a la punta de la fulla.
El procés de recobriment de barrera tèrmica de la fulla és el següent: pretractament de la superfície de la fulla → base de deposició de xapat d'ions multi-arc → difusió al buit → neteja per ultrasons → capa superficial de deposició de feix d'electrons al buit. Durant el seu processament, tant la capa d'unió metàl·lica com la capa de ceràmica es dipositen al buit, de manera que no s'ha de produir una capa de TGO d'uns 1 μm de gruix entre la capa d'unió i la capa de ceràmica. El procés de preparació del recobriment de barrera tèrmica existent no conté la capa de TGO per a la detecció de teixits, de manera que l'impacte de la capa de TGO generada en el procés de preparació en el rendiment i la vida útil del recobriment de barrera tèrmica s'ha de demostrar amb detall, de manera que és no cal entrar en detalls aquí. Tanmateix, si el grau de buit al forn no compleix els requisits, l'estructura i les propietats de la superfície ceràmica poden afectar la vida útil del recobriment de barrera tèrmica, que es verifica mitjançant experiments en aquest estudi.
1.3 Prova de microduresa
La duresa de la superfície ceràmica dels dos tipus de fulles es va provar respectivament, i els resultats es mostren a la taula 1. Es pot veure que no hi ha cap diferència significativa en el valor de duresa de la superfície ceràmica de la fulla peladora recoberta i que de la fulla desinstal·lada en el mateix lot, cosa que indica que el valor de duresa de la fulla en el mateix lot no canvia significativament abans i després de l'ús.
1.4 Prova de verificació
La capa ceràmica del recobriment de barrera tèrmica es realitza sota el procés de deposició física del feix d'electrons. El ZrO2 s'escalfa en un forn de buit fins que s'evapora del lingot i després es diposita lentament a la superfície de la fulla. La forma i el gruix del creixement de la capa ceràmica es garanteixen controlant paràmetres com ara el corrent, el grau de buit i el temps de deposició al forn de buit. Després de la revisió del procés, es constata que hi ha registres de substitució de filferro de pistola o oli de bomba mecànica al forn de buit, que afectarà directament el grau de buit del forn de buit i, a continuació, afectarà el creixement dels cristalls columnars de recobriment ceràmic. Per comprovar si el grau de buit té un efecte sobre la morfologia i les propietats dels cristalls cilíndrics de la capa ceràmica, les proves de deposició de diferents capes ceràmiques es realitzen utilitzant els paràmetres del procés de la taula 2.
El recobriment de la fulla es va observar al microscopi electrònic en dues condicions. Els resultats mostren que amb la mateixa tensió, corrent i temps de deposició, quan el grau de buit al forn és de 5 × 10−4 Torr, els cristalls columnars de ceràmica semblen plomosos o semblants al blat, i no hi ha cap capa de TGO entre la capa d'enllaç. i la capa ceràmica (figura 6a). Quan el grau de buit era de 5 × 10−3 Torr, els cristalls columnars del recobriment ceràmic eren gruixuts i no mostraven una forma de ploma o espiga. La microestructura de l'arrel dels cristalls columnars era relativament fluixa en comparació amb la de l'extrem, i la microestructura era similar a la de les fulles desinstal·lades, i hi havia una capa de TGO entre la capa d'enllaç i la capa de ceràmica (FIG. 6b) . Al mateix temps, es va provar la duresa del recobriment ceràmic sota els dos graus de buit i els resultats van mostrar que la duresa de la capa de ceràmica era més alta sota el grau de buit de 5 × 10−4 Torr, mentre que la duresa de la capa de ceràmica. dipositat sota el grau de buit de 5 × 10−3 Torr era més baix (taula 3).
2. Conclusió
1) La capa ceràmica de la fulla defectuosa es trenca des de l'arrel de la capa superficial i l'estructura de l'arrel del cristall columnar està solta, i la part mitjana i superior del cristall columnar s'agrupen i es distribueixen en capes. El valor de duresa és inferior al de la capa de ceràmica normal i l'estructura és significativament diferent de la del cristall columnar recobert de ceràmica normal.
2) El grau de buit té una influència directa en la morfologia de creixement del recobriment ceràmic. Quan el grau de buit compleix els requisits estàndard, els cristalls columnars creixen com plomes o orelles. Quan el grau de buit és inferior als requisits estàndard, l'arrel del cristall columnar està solta, la part mitjana i superior del cristall columnar són denses i hi ha una capa de TGO evident entre la capa d'unió i la capa de ceràmica.
3) El fracàs de la capa ceràmica de la fulla defectuosa per complir els requisits d'ús és causat per l'estat anormal de l'equip de deposició física, el que fa que l'organització de la capa ceràmica dipositada no compleixi els requisits estàndard.
