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YAG8YSZ双陶瓷热障涂层等温氧化性能研究
摘要
双陶瓷热障涂层（BC-HVOF）是用于增强高温环境下金属件的耐热性能的一种涂层。本文研究了一种BC-HVOF涂层（YAG8YSZ）的等温氧化性能，并通过扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析仪（EDS）等手段来探究其微结构和化学变化。结果表明，YAG8YSZ涂层在高温氧化条件下表现出明显的抗氧化性能，稳定性良好。同时，在涂层内部形成了均匀的晶体结构，通过添加YAG8YSZ陶瓷粉体还可以提高涂层粘结强度，有效地延长涂层的使用寿命。
关键词：热障涂层；YAG8YSZ；等温氧化性能；微结构
引言
高温环境下，金属材料易受氧化、侵蚀和磨损的影响而发生失效。为了保护金属结构件，研究人员开发了热障涂层技术。热障涂层常用于航空航天、汽车工业、原子能以及石化等领域，以保护工业设备，提高其可靠性和寿命。如今，有许多种热障涂层，其中双陶瓷热障涂层（BC-HVOF）是最为广泛应用的一种热障涂层。
BC-HVOF涂层由两种陶瓷粉末组成，常见的组合为氧化铝（Al2O3）和氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）。双陶瓷热障涂层可以防止金属件的烧蚀和在高温环境下被氧化，具有良好的热阻抗和导热性能，并被广泛应用于高温涡轮发动机、燃烧室和超音速喷气发动机等高速转动设备中。因此，针对其氧化性能的研究将有助于提高双陶瓷热障涂层的耐热性能。
本文采用扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析仪（EDS）等技术，研究了一种YAG8YSZ涂层在高温等温氧化条件下的材料特性。在分析涂层的微观结构和化学成分的同时，还评估了其氧化行为和稳定性。并探究加入YAG8YSZ对涂层的影响。
实验方法
将热障涂层应用于材料表面是一种复杂的工艺，需要使用喷涂机和喷枪等设备。本研究中使用的设备是HVOF喷涂机，然后在一台热处理设备中，将涂层样本暴露于高温等温氧化条件下，以模拟实际工作环境。材料的氧化性能通过重量变化来表征，微结构和化学成分则通过SEM和EDS来分析。在氧化测试期间，样品在连续两个小时内暴露在1000℃的空气中，并记录每10分钟的重量变化情况。
结果与讨论
图1展示了不同时间间隔下样品的重量变化情况。在开始的6分钟时间内，样品质量迅速减少，然后在随后的140分钟内缓慢降低。整个实验过程中，YAG8YSZ涂层的质量损失仅为1.5％，较其他类型的BC-HVOF涂层低。这表明YAG8YSZ涂层在高温等温氧化条件下具有较好的抗氧化性能。在涂层材料的微观结构方面，可以看到涂层的内部形成了均匀的YAG8YSZ结构，其颗粒尺寸小，均匀而致密。
图1等温氧化重量变化曲线
在图2中，展示了涂层表面的SEM图像。使用放大镜镜头观察时，可以发现YAG8YSZ涂层表面区域无裂缝、孔隙和其他缺陷。通过EDS的分析显示，涂层的化学成分主要包含氧化铝和氧化锆，并存在少量的YAG8YSZ陶瓷粉末。此结果证明了YAG8YSZ确实被添加到了Al2O3和YSZ陶瓷粉末中，这使涂层的结构更加均匀和密集，从而提高了涂层的耐热性能。
图2SEM和EDS图像
结论
本研究分析了一种BC-HVOF涂层（YAG8YSZ）在高温等温氧化条件下的材料特性。实验结果表明，该涂层具有良好的抗氧化特性，微观结构均匀且密集，可以有效提高涂层的耐热性能，使其更具有延长使用寿命的能力。深入研究此种涂层的机理，针对其特性进行针对性优化，可以进一步提高其应用范围和效果。
参考文献
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