Cl-浓度对8%Y2O3-ZrO2涂层腐蚀性影响.pdf

4 6 纛色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年增刊 C l 一浓度对8 ％Y 20 3 - - Z r 0 2 涂层腐蚀性影响 李振铎1 ，周恒1 ，翟辉2 ，李玉森2 1 ．北京矿潦研究总院，北京1 0 0 0 4 4 ；2 ．中航集匿贵阳洪潮机械厂，贵阳5 5 0 0 0 6 摘翼对氧化钇部分稳定氧化锫粉末 8 ％Y 鹞一Z m 。 制备过程中氯离予禽羹的变化加以研兜，分析粉 寒审戆杂凌Q 一褒予客量对蒸障涂屡鹃壤链黄斑抟诱发秘影成终黑。实黢慕雳等离子唼涂苓弱C l 一含 纛懿8 ％Y 岛一Z r Q 耪来，逶过扫接毫辘 S E M 纛邀子熬谱 E D S 分析涂联缝绥结构穰痰分分带，盏 雾腐蚀试验分析c l 一禽量对热障涂层的腐蚀性．结果袭明C l 一与低氧Z r O ～n 相形成不稳寇的含水结 晶体是8 ％Y 2 0 ；一Z r 0 2 涂层黄斑主簧原因。 关键词氧化钇部分稳定氧化锫粉末；J 搿饿 孛瓣分类号T G l 7 4 。4文懿掭谖璐A文章编号1 0 0 7 - - 7 5 4 5 { 2 0 0 8 S O O e 4 S O 毒 E f f e c to fC I C o n c e n t r a t i o no nC o r r o s i o no f8 ％ Y 20 3 一Z r 0 2T h e r m a lB a r r i e rC o a t i n g L IZ h e n - d u o ’，Z H O UH e n 9 1 ，Z H A IH u i z ，L IY u - s e n 2 1 。B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n g M e t a l l u r g y 。B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a } 2 ．C h i n aA e r o E n g i n eG r o u pG u i y a n gH o n g h uM a c h i n eC o r p o r a t i o n ．G u i y a n g5 5 0 0 0 6 ，C h i n a A b s t r a c t T h ec h a n g eo fc h l o r i d ei o nd e n s i t yw a sr e s e a r c h e di nt h ep r e p a r a t i o np r o c e s so fy t t r i c ap a r t i a l l y s t a b i l i z e dz i r c o n i ap o w d e rt Or e v e a lt h ef o r m i n gm e c h a n i z a t i o no fc o r r o s i v e l y “y e l l o ws p o t ”i nt h es u r f a c eo f t h e r m a Ib a r r i e rc o a t i n g ．P l a s m as p r a y i n gi su s e dt Of o r m8 ％Y 20 3 一Z r 0 2c o a t i n g sw i t hd i f f e r e n tC 1 一％ d e n s i t y ．M i c r o s t r u c t u r ec h a r a c t e r i z a t i o no fc o a t i n g sw a sc a r r i e do u tb ym e a n so fS E Ma n de l e m e n td i s t r i - b u t i o no ft h ec o a t i n g sw a sm e a s u r e db yE D S ．C o r r o s i o ne f f e c to fd i f f e r e n tC 1 ～i o nc o n t e n to nt h e r m a lb a r t i e rc o a t i n gw a sm e a s u r e db ys a l ta t m o s p h e r ec o r r o s i o ne x p e r i m e n t ．T h er e s u l ti n d i c a t e st h a tt h eC 1 一i o n a n dl o wo x y g e nZ r O z np h a s ef o r mi n s t a b i l i t yc o m p o u n dw i t hc r y s t a l l i n ew a t e ri sm a i n l yr e a s o nt oy e l l o w s p o tf o r m a t i o ni nt h ec o a t i n g ． K e y w o r d s Y t t r i c ap a r t i a l l ys t a b i l i z e dz i r c o n i ap o w d e r ；C o r r o s i o n 等离子喷涂氧化钇部分稳定氧纯镑 8 ％Y 2 0 。 一Z r 0 2 热障涂层以其优异的隔热性和抗热震性已 经在航空发动机领域得到广泛应用，该涂层材料所 具有的优异整体性能尚无冀弛材料可以替代H ] 。氧 亿钇部分豫定氧纯锫 Y S Z 热瘴涂层 T B C 在囔涂 完成后的3 “ - 4 天，发现谯局部涂层表面有淡黄色 斑点出现，并呈带状星点分布。这种现象随着季节 变化时轻时重，春夏多雨时较明显，秋冬予早时较轻 微。嚣蘸，辩该现象鳃处理工序是将囔涂好的工俘 作者简介拳振铎 1 9 7 4 一 ，粥，辽宁海城人，硕士． 进行9 0 0 ℃热处理，工侔表面的黄斑明显淡化，氧化 错涂层黄斑形成的原因及机理目前尚不清楚。 本文通过研究8 ％Y z 0 。一Z r O 。粉末制备过程 巾筑离子含量的变化趋势，及最终不同C l 一含量粉 末所囔涂的涂层在大气、蒸汽穰簸雾环境下出瑷瘫 蚀性黄斑的数量和出现时间，以期解释热障涂层腐 蚀性黄斑的形成原因。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年增刊 4 7 重实验过程 1 ．I 氧化锆氯含溉变化实验 氧化钇部分稳定氧化锆粉末在不同制备工艺环 节巾的氯化氨含量变化十分明显，随着予燥及烧结 避稷的永分蒸发避稷其浓凄也发生暖显交纯。实验 把不同洗涤次数对粉末中的C r 禽最影响作为研究 目标，过程粉末样龋采用北京矿冶研究总院研制的 8 ％Y 2 0 3 - Z r O 粉末 牌号K F 一2 3 0 ，烧结破碎工 艺裁备 。将通过1 次、3 次和5 次洗涤的三种中阂 体粉末经烘于、烧结、破碎过程裁成块体8 ％Y 。0 3 一 Z r 0 。粉末，分别梭测粉末洗涤、烘干和烧结过程中 C l 一的含量。 同时，对国灰外其它厂家的8 ％Y 2 Q z 蛾粉 寒产晶进行了c l ～离子含量分析佟为实验的对疆数 据，所收集的粉末样品包括 4 0 0 7 、P W A1 3 7 5 、重庆仪 表所、地大A 球、焦作、广东8 ％Y 2 伐一Z r Q 粉末。 1 ．2 8 ％Y 2 侥一Z 蛾涂层腐蚀实骏 实验采耀不圈鬣含量豹S ％Y 。侥一Z r Q 粉寒 进行等离子喷涂制备热障涂层，并掰焦作8 ％Y 。O 。 一Z r 0 2 粉末作为对比分析。等离子喷涂结合底层 材料采用北京矿冶研究总院研制的N i C o C r A l Y 。O 。 粉寒 霹号K F 一1 1 3 ，喷涂厚度先0 ．1 0 ～0 。1 5 m m ，等离子凑涂8 ％Y 2 。3 一z f 貔粉末作为热障涂 层掰层，厚度为0 ．2 5 ～0 ．3 0m m 。喷涂设备为 M E T C O9 M B 系统，等离子工艺参数电压7 6V 、电 溅5 0 2A 、N 29 0L ／r a i n 、H 27 ．5 彬m i n 、送粉气4 0 L ／m i n 、送料量6 0g ／m i n 、嵝涂距离1 1 0m m 。 盐雾腐蚀实验用0 ．5 ％浓度的N a C l 溶液作为 腐蚀介质，腐蚀温度为3 6 ℃，腐蚀时间为4 8h ，每隔 1h 观察并记录涂层黄斑出现的数量和大小。同 时，萼冬医耪涂层榉快分剔敦在露天大气和高温滠热 空气中进行腐蚀试骏，观察是否有腐蚀现象发生。 等离子涂层表顾及剖面显微组织采用扫描电子 显微镜 S E M 进行分析，采用电子能谱 E D S 面扫 描分析涂层主要元素分布状态。 2 结果与讨论 前驱体粉末中的氯含量基本为1 4 ％～1 6 ％，洗 涤1 “ 3 次的中间体粉末烘干后的C l 一含量分别为 8 ．6 9 ％、垂。2 s ％霸3 。8 G ※，可以羲溅洗涤次数的增 加可以使粉末中C l 一％下降7 0 ％左右。最终的烧 结过程使得3 种粉末的C l 一％比较接近，其C l 一含 量分别为0 ．1 2 ％、0 ．0 9 ％和0 ．0 7 8 ％，不同工艺流稷 下8 ％Y 。O s Z r O 粉寒C l 一％变化结祭懿臣1 所 示。实验说明前驱体粉宋随着洗涤次数的增加C l 一 含量明照下降，烧结过稷使得粉末中C 1 一离子含量 下降比较明显，说明烧结过程对C l 一杂质在粉末中 的挥发穰去除有很大的佟耀。 1 6 1 4 1 2 1 0 至8 o 6 4 2 O - 2 网18 ％Y 魄一z m 粉末制胬 过程C r ％变化曲线 F i g ．1 C l i o nd e n s i t yv a r i e t yc u r v e8 ％ K0 j Z 峨p o w d e rp r e p a r i n gp r o c e s s 其它厂家的8 ％Y 。O 。一Z r O 粉末的C l 一％分 析结果 4 0 0 70 ．0 7 4 、P W A l 3 7 50 ．0 4 0 、熏庆仪表所 0 。0 8 2 、她大球粉0 。0 6 8 、焦作0 ．2 1 、广东0 ．1 6 、矿冶 麓K F - - 2 3 00 。0 7 8 ，缨栗壤鹾国连羚大多数厂家都 将C l 一“有效的控制在0 ．1 ％以下，M E T C O 公司的 新型8 ％Y 2 0 3 一Z r 0 2 粉束 M E T C O2 0 4 N S 一1 甚 至更严格控制氯离子含璺。有些厂家粉寒的C l 一含 量明显偏蹇，是粉末裁餐王艺纛羹l 途不同赝致。 对8 ％Y 。O ；一Z r 0 。涂层的表面积剞蕊进行了 扫描电镜分析，涂层表面和剖面形貌见图2 。从形 貌相上可以看出涂层无论从表面还是剖面都有大量 豹显微裂纹秘气孑L 存在，这些气魏穗互贯通，在湿热 气氛串，大气中含有腐蚀气缚的永蒸气甏泼沿气孔 进入到涂层内部与耐热合众层的界面处，为“气孔腐 蚀”提供了条件。 对氧化锆涂层的剖磷魄子能谱成分分析表明， 涂瑟孛鳃主要含量浚及、0 为主，涂层审没有发麓 有氯离子存在。E D S 能谱扫描和成分掰分布分析 结果见图3 ，Z r 和O 是涂层的主要成分，C 1 含量的 面分布比较均匀，说明在涂层中的含量是及其微小， 其分毒状态瞧比较坞匀。热障涂层的面掇描匿像也 验证了涂联中存在孔隙的显徽组织观察结果，Z r 原 子的分布状态图中可明熙的观察到有白色区域存 在，说明该部位有较大的孔隙存在。 万方数据 4 8 有色金属 冶炼部分2 0 0 8 年增弼 网3 等离子喷涂8 ％鹄o j Z 慨涂层成分面掇描结巢E D S F i g ．3E D So fs u r f a c es c a n n i n go f8 ％Y z0 3 一Z 她c o a t i n gb yp l a s m as p r a y e d 8 ％K 谯一z r 晓涂层大气腐镘、盐雾瘸蚀、赛 哭进琴亏的大气腐蚀实验季霹高滚水蒸汽蕊蚀实验裘嬲 溢零蒸汽腐继实验绩暴甄表l 。其孛盐雾巍镶实验涂层元腐蚀性黄凝魂象，可媛着爨於雾懿腐蚀性气 的结果较为明显，涂层都穗现了不同数爨的大小黄氛，特另I 是C l 嚣素对涂层表砥黄斑才形成影响徭 斑，其中4 8 焦作8 ％Y 2 0 。～Z r O 。涂层的黄斑最为火，涂层中的C I 元素是黄斑形成时间和数量的促进 明显，说明粉末中C l 一离予含量越高，其擞含有腐蚀因素，不能独自引发黄斑的形成。 整气氛孛的羹斑形囊数鏊越多，黠阕遣越快。在露 ， 表1s ％‰侥一z 避涂震盐雾腐蚀实验结鬃 T a b l e1R e s u l to fs a l ta t m o s p h e r ec o r r o s i o ne x p e r i m e n to f8 ％Y 20 3 一Z 蛾c o a t i n g 万方数据 有色金属 冶炼部分2 0 0 8 年增刊4 9 通过对涂层黄斑区域的显微镜观察发现，黄斑 是由众多细小淡黄色氧化锆晶粒聚集在一起所致， 呈微黄色透明体状态，能谱分析表明周围没有发现 F e 、A l 等杂质颗粒的存在。盐雾实验表明，等离子 喷涂过程特有的熔化一快速凝固特点。使得8 ％ Y z O a Z r o z 粉末在高熔点下发生分解和成分偏 析，使得Z r ／O 比的稳定状态发生破坏，形成少量的 缺氧的低氧含量的Z r O 。相[ 2 ] 。由于8 ％Y 。O 。一 Z r O z 涂层喷涂后具有较高的内应力及大量的气孔 和裂纹，成为氧化锆由亚稳态向更稳定的形态转变 的相变驱动力。涂层表面的气孔和显微裂纹处化学 吸附的水促进晶体结构由四方相转变成稳定的单斜 相，相变引起钇原子从Z r O 八面体间隙中析出形 成锆的低氧化合物[ 3 ] 。盐雾中的C l 一离子与喷涂形 成的低氧氧化锆相在涂层表面形成Z r C l n O 一1 1 n H O 结晶体，这类晶体是不稳定的化合状态，在涂 层加热后结晶体重新转变成四方相Z r O ，黄斑也随 即消失。 3结论 1 8 ％Y O 。一Z r O 粉末制备过程中，通过多 次洗涤工艺氯离子含量可降低8 0 ％，烧结过程是主 要的C 1 一离子去除过程，最终粉末的氯含量控制在 0 ．1 ％以下。8 ％Y O 。一Z r 0 2 涂层扫描电镜和电子 能谱分析表明，涂层存在一定数量的孔隙和微观裂 纹。 2 8 ％Y 2 0 。一Z r O z 涂层盐雾腐蚀实验表明 外界腐蚀性气氛中的C l 元素是涂层黄斑形成的主 要因素，涂层中C l 一浓度对黄斑的形成有促进作用。 黄斑是由Z r O 低氧化合物与腐蚀气氛中的C l 一离 子结晶形成的不稳定含水结晶体。 参考文献 [ 1 - ] C a oXQ ，V a s s e n bR ，S t o e v e r bD ．C e r a m i cm a t e r i a l sf o r t h e r m a lb a r r i e rc o a t i n g s [ J ] ．J o u r n a lo ft h eE u r o p e a nC e r a m i cS o c i e t y ，2 0 0 4 ，2 4 1 1 0 ． [ 2 ] P e n gDQ ，B a iXD ，C h e nBS ．S u r f a c ea n a l y s i sa n dc o t r o s i o nb e h a v i o ro fz i r c o n i u ms a m p l e si m p l a n t e dw i t hy t t r i u ma n dl a n t h a n u m [ J ] ．S u r f a c e C o a t i n g sT e c h n o l o g Y ，2 0 0 5 ，1 9 0 4 4 0 4 4 7 ． [ 3 ] C e l i k aI ，O z d e m i r aB ，A v c i cE ，e ta 1 ．C o r r o s i o nb e h a v - i o u ro fp l a s m as p r a y e dc o a t i n g s [ J - ] ．S u r f a c e ＆C o a t i n g s T e c h n o l o g y ，2 0 0 4 ，2 0 4 2 0 5 - - 2 1 0 ． 上接4 5 页 3结论 采用聚合物网络法制备了具有纳米结构的氧化 锆粉体，将粉末进行了喷雾干燥球形化制粒及等离 子致密化处理。结果表明采用该方法制备的纳米结 构的氧化锆粉末松装密度高、流动性好，表面光亮， 有利于提高涂层的综合性能。 万方数据