商用MCrAlY粉末对纳米结构YSZ热障涂层热循环行为的影响

摘要

分析目前国际燃气轮机制造商和维修商常用的3种Al含量高于8%（质量分数）的MCrAlY金属黏结层对HVOF-MCrAlY+APS-纳米结构YSZ(nYSZ)热障涂层在室温至1150℃之间的热循环行为的影响。HVOF-A386-2.5+APS-nYSZ的平均热循环寿命最高，HVOF-A9624+APS-nYSZ的平均热循环寿命最低，但是三者差别并不十分明显。3种HVOF-MCrAlY+APS-nYSZ热障涂层在热循环环境中的失效方式与传统的HVOF-MCrAlY+APSYSZ(mYSZ)的失效方式完全相同，主要是由于nYSZ/mYSZ和m YSZ/mYSZ界面开裂引起在靠近APSYSZ/HVOF-MCrAlY界面的APS-nYSZ层中的裂纹扩展与合并。HVOF-A9624表面的TGO生长速率最高，HVOF-A386-2.5表面的TGO生长速率最低，但是三者差别并不明显。由此可知，可以通过以下方式改善HVOFMCrAlY+APS-nYSZ热障涂层热循环寿命：增加HVOF-MCrAlY的表面粗糙度以改善APS-nYSZ/HVOFMCrAlY界面的结合强度；提高APS-nYSZ层中的YSZ/YSZ界面的结合力以避免YSZ/YSZ界面和APS-nYSZ外表面的开裂；控制HVOF-MCrAlY中的Al含量、添加适量能够减缓扩散速率的合金元素，以降低TGO生长速率和防止生成大量的CSN混合氧化物，或能减缓热障涂层中的裂纹扩展。

关键词

燃气轮机 / 热障涂层 / HVOF-MCrAlY / APS-nYSZ / 热生长氧化物 / 裂纹扩展 / 热循环寿命