Современная электрометаллургия, 2013, №03



2013 №03 (04)

2013 №03 (06)

---

Современная электрометаллургия, 2013, #3, 24-32 pages

Исследование сопротивления слоя ZrO2–8 % Y2O3 конденсационных покрытий против воздействия оксидов кальция, магния, алюминия и кремния (СМАS)

К.Ю. Яковчук¹, Ю.Э. Рудой², Л.М. Нероденко¹, Е.В. Оноприенко¹, А.В. Микитчик¹

¹Государственное предприятие «Международный центр электронно-лучевых технологий ИЭС им. Е.О. Патона НАН Украины». 03680, г. Киев, ул. Горького, 68. E-mail: jakovchuk@paton-icebt.kiev.ua
¹Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины. 03680, г. Киев, ул. Боженко 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
Abstract
Проанализировано современное состояние исследований по механизму разрушения термобарьерных покрытий с внешним керамическим слоем на основе частично стабилизированного диоксида циркония ZrO₂-8 % Y₂O₃ (YSZ) в результате взаимодействия с оксидами кальция, магния, алюминия и кремния (CMAS) при высокой температуре. Представлены результаты исследований взаимодействия CMAS с различными вариантами конденсационных покрытий с внешним керамическим слоем YSZ, осажденных по одностадийной электронно-лучевой технологии, в том числе градиентных покрытий с добавками Al₂O₃, B₂O₃ и Gd₂O₃ в процессе отжига на воздухе при 1210 °C. Исследовано изменение химического состава, микроструктуры и микротвердости внешнего керамического слоя ZrO2-8 % Y₂O₃ с добавками после отжига. Установлено, что в процессе отжига происходит проникновение расплавленного CMAS по границам столбчатых кристаллитов керамического слоя и его химическое взаимодействие с YSZ, сопровождающееся уменьшением содержания оксида иттрия в YSZ. При этом также отмечена диффузия CMAS к границе раздела с металлическим подслоем и взаимодействие со слоем на основе оксида алюминия, что может привести к преждевременному разрушению покрытия. Показано, что наиболее высоким сопротивлением разрушению под воздействием CMAS характеризуются конденсационные покрытия с внешним керамическим слоем, имеющим градиентное распределение оксида гадолиния. Библиогр. 16, ил. 7.
Keywords: лектронно-лучевое испарение и конденсация в вакууме; градиентные термобарьерные покрытия; внешний керамический слой ZrO2-8 % Y2O3; взаимодействие CMAS с ZrO2-8 % Y2O3 при высокой температуре; повышение долговечности керамического слоя; добавки Al2O3, B2O3, Gd2O3 в ZrO2-Y2O3
Received:                24.05.13
Published:               31.07.13
References
1. Damage mechanisms, life prediction and development of EB-PVD thermal barrier coatings for turbine airfoils / T. Strangman., D. Raybould, A. Jamel, W. Baker // Surf. coat. Technol. - 2007. - 202. - P. 658-664.
2. Levi C.G. Emerging materials and processes for thermal barrier systems // Curr. opin. solid state mater. Sci. Е 2004. - № 38. - P. 77-91.
3. Wellman R, Whiteman G, Nicholls I.R. CMAS Corrosion of EBPVD TBC: identifying the minimum level to initiate damage // Intern. J. refract. met. hard mater. - 2010. - 28, № 1. - P. 124-132.
4. Kramer S., YangI., Levi C.G. Thermomechanical interaction of thermal barrier coatings with molten CaO-MgO-Al2O3-SiO2 (CMAS) deposits // J. American ceram. soc. - 2006. - 89, № 10. - P. 3167-3175.
5. Influence of EB-PVD TBC microstructure on thermal barrier coating performance under cyclic oxidation conditions / P. Leyen, U. Schulz, B. Pint, I. Wright // Surf. coat. technol. - 1999. – 120-121. - P. 68-76.
6. Environmental degradation of thermal-barrier coatings by molten deposits / C.G. Levi, J.W. Hutchinson, M.-H. Vidal-Setif, C.A. Johnson // MRS Bulletin. - 2012. - 37. - P. 932-947.
7. CMAS degradation of environmental barrier coatings / K. Grant, S. Kramer, J. Lofvander., C.G. Levi // Surf. Coat. Technol. - 2007. - 202. - P. 653-657.
8. A delamination mechanism for the thermal barrier coatings to CMAS infiltration / C. Mercer, S. Faulhaber, A. Evans, R. Darolia // Acta Mater. - 2005. - 53. - P. 1029-1039.
9. Kramer S., Yang J., Levi C.G. Infiltration Е inhibiting reaction of gadolinium zirconate thermal barrier coatings with CMAS melts // J. American сeram. soc. - 2008. - 91, № 2. - P. 576-583.
10. CMAS-resistant thermal barrier coatings (TBC) / A.K. Rai, R.S. Bhattachrya, D.E. Wolfe, T.J. Eden // Intern. J. Appl. Ceram. Tec. - 2010. - 7, № 5. - P. 662-674.
11. Mechnich P., Braue W., SchulzU. High-temperature corrosion of EB-PVD yttria partially stabilized zirconia thermal barrier coatings with an artificial volcanic ash overlay // J. American ceram. Soc. Е 2011. - 94, is. 3. - P. 925-931.
12. Movchan B.A., Yakovchuk K.Yu. Graded thermal barrier coatings, deposited by EB-PVD // Surf. coat. technol. - 2004. - 188-189. - P. 85-92.
13. Movchan B.A., Yakovchuk K.Yu. Advanced graded protective coatings, deposited by EB-PVD // Mater. Sci. Forum. - 2007. – 546-549. - P. 1681-1688.
14. 10 Years-activities at onera on advanced thermal barrier coatings / M.-P. Bacos, J.-M. Dorvau, S. Landais et al. // Aerospace lab. - 2011. - Is. 3. - P. 1-14.
15. Degradation of EB-PVD thermal barrier coatings caused by CMAS deposits / Hui Peng, Lu Wang, Lei Guo et al. // Prog. Nat. Sci.: Mater. Inter. - 2012. - 22. - P. 461-467.
16. Drexler J.M., Ortiz A.L., Padture N.P. Composition effect of thermal barrier coatings ceramics on their interaction with molten Ca-Mg-Al-silicate (CMAS) glass // Acta Mater. - 2012. - 60. - P. 5437-5447.