See uuring, mille eesmärgiks on mootori tööturbiini labade termobarjääri kattekihi koorumine katsekäigu ajal, selgitas makroskoopilise vaatluse, skaneeriva elektronmikroskoobi morfoloogiaanalüüsi ja energiaspektri mikrokomponentide analüüsi abil välja toote kasutamise ajal katte koorumise algpõhjuse. kogu protsessi protsessi uurimistulemustega ning esitab ettepanekuid järgnevate osade töötlemistehnoloogia täiustamiseks.
Elektronkiirega füüsikalise aurustamise-sadestamise (EB-PVD) termobarjääri katet on laialdaselt kasutatud lennukimootorite labades ja sellest on saanud lennukimootorite labade asendamatu võtmetehnoloogia. EB-PVD tehnoloogia on tehnoloogia, mis kasutab suure energiatihedusega elektronkiirt aurustatava materjali kuumutamiseks vaakumkeskkonnas vesijahutusega tiiglisse, nii et see saavutab sulagaasistamise oleku ja aurustub toimel substraadile. kõrvalekalduva magnetvälja kondenseerumiseks kattekihiks. EB-PVD termotõkkekatte struktuure on palju, sealhulgas kahekihiline struktuur, gradientstruktuur ja mitmekihiline struktuur, millest kõige laialdasemalt kasutatav on kahekihiline termotõkkekate. Kahekihiline termotõkkekate koosneb keraamilisest pealiskihist ja metallist sidekihist. Keraamiline kiht mängib peamiselt soojusisolatsiooni rolli ja metallist sidekiht mängib peamiselt maatriksi ja keraamilise kihi soojuspaisumise ebakõla leevendamise rolli ning maatriksi vastupidavuse parandamist kõrge temperatuuriga oksüdatsioonikorrosioonile. Tegelikus töökeskkonnas moodustab sidekihi ja keraamilise kihi vaheline liides oksiidikihi, mille põhikomponendiks on -Al2O3, takistades seega O-elementide edasist difusiooni kattesse. Peamiseks väljakutseks termotõkkekatete pealekandmisel on katte vastupidavus, eriti katte vastupidavus lõhenemisele, mida mõjutavad paljud tegurid, nagu pingeseisund keraamilises kihis, sidekihi mikrostruktuur, paksus. ja TGO kihi pingeseisund ning sidekihi ja TGO vaheliste erinevate liideste purunemiskindlus. Praeguseks tunnistatakse, et sidekihi oksüdeerumine on termotõkkekatte eluea määramisel võtmetegur.
1. Katseprotsess ja tulemused
1.1 Katte lõhenemismorfoloogia makroskoopiline vaatlus
9 tundi pärast mootorikatset leiti, et töötera pinnal oli kattekiht lõhenemist ja lõhenemisala ületas standardnõudeid. Selle makromorfoloogia on näidatud joonisel 1.
1.2 Katte võrdlev analüüs enne ja pärast kasutamist
Lehekate koorumise põhjuste edasiseks analüüsimiseks võrreldi hoolduslehti sama partii uute lehtedega ning võrreldi ja analüüsiti iga lehe lõiketera otste ja keskosade kattekomponente ja mikrostruktuuri. positsioonid, mis on näidatud joonisel 2.
1) Lehtede makromorfoloogia võrdlus. Hooldustera ja uut tera võrreldi ja vaadeldi ning morfoloogia on näidatud joonisel 3. Hooldustera kattekihi koorumine on koondunud peamiselt tera sisselaske- ja väljalaskeservale tera otsa lähedal.
2) Keemilise koostise analüüs. Proovid võeti tera otsast ja tera korpuse keskelt ning metallograafilised proovid valmistati pärast kuuma mosaiiki. Vastavalt joonisel 2 näidatud tuvastusosadele analüüsiti tera iga osa kattekomponente energiaspektri abil. Tulemused näitasid, et kooritud lehtede alumises kihis oli põhielemendi sisaldus põhimõtteliselt sama, mis samas partiis paigaldamata lehtedes, kuid pealiskihi põhielemendi sisalduses ilmset erinevust ei olnud.
3) Katte morfoloogia analüüs. Metallograafilisi proove vaadeldi skaneeriva elektronmikroskoopiaga ja tulemused on näidatud joonisel 4. Jooniselt on näha, et tera alumine kiht, millelt kate on maha koorunud, on terve ja põhjale on jäänud veidi pinnakihi kude. kiht. Kattekiht on pinnakihi sammaskristalli juurest katki ning pinnakihi ja alumise kihi vahel on umbes 1 μm TGO kiht. Lisaks analüüsiti katte täielikku struktuuri tera erinevates asendites ja tera keskmises osas täheldati mikroskoopilist morfoloogiat sisselaskeservast väljalaske servani. Tera keskmise osa sisselaskeservas on pinnakihi silindriline kristall piki juurt pragunenud, mis näitab, et kattekiht hakkab tera otsast maha kooruma ja murd ulatub tera keskele. . Teisest küljest on pinnakihi sammaskujulised kristallstruktuurid lehe tagaosas ja väljalaskeservas koondunud kokku, mitte sulgjas jaotuses, sammaskristallide vaheline kaugus ei ole ilmne ja sammaskristalli juur on lõdvem kui otsa.
Skaneeriv elektronmikroskoopia viidi läbi sama partii paigaldamata labade erinevates asendites ja tulemused on näidatud joonisel 5. Nagu on näha jooniselt 5, on äsja valmistatud lehtede kattestruktuur sama, mis kooritud lehtedel. . Sammaskristalli ülemine ots on tihedalt jaotunud ja pinnakihi struktuur moodustub kihtide virnastamise teel. Pinnakihi ja alumise kihi vahel on ilmne TGO kiht ja paksus on umbes 1 μm. TGO kihi olemasolu sidekihi ja keraamilise kihi vahel labal näitab, et keraamilise kihi sadestumise ajal on ahjus teatud kogus O-d, mis soodustab TGO kihi moodustumist ja vaakumastet. ahi ei pruugi vastata standardnõuetele, nii et TGO kiht moodustatakse esmalt põhjakihi ja pinnakihi liitumiskohas. Samal ajal on tera tipus ka pindkeraamiline pragunemine piki sammaskristalli.
Terade termilise barjääri katmise protsess on järgmine: tera pinna eeltöötlus → mitmekaareline ioonplaadistuse sadestusalus → vaakumdifusioon → ultrahelipuhastus → vaakumelektronkiirsadestamise pinnakiht. Selle töötlemise käigus sadestatakse nii metallist sidekiht kui ka keraamiline kiht vaakumis, seega ei tohiks sidekihi ja keraamilise kihi vahele tekkida umbes 1 μm paksust TGO kihti. Olemasolev termobarjäärkatte valmistamise protsess ei sisalda koe tuvastamiseks mõeldud TGO kihti, mistõttu tuleb ettevalmistusprotsessis tekkiva TGO kihi mõju termobarjääri katte toimivusele ja kasutuseale üksikasjalikult demonstreerida. siin pole vaja detailidesse laskuda. Kui aga vaakumaste ahjus ei vasta nõuetele, võib keraamilise pinna struktuur ja omadused mõjutada soojustõkkekatte kasutusiga, mida käesolevas uuringus katsed tõestavad.
1.3 Mikrokõvaduse test
Testiti vastavalt kahte tüüpi terade keraamilise pinna kõvadust ja tulemused on toodud tabelis 1. On näha, et kaetud koorimistera keraamilise pinna kõvaduse väärtuses ei ole olulist erinevust ja et sama partii eemaldatud tera kohta, mis näitab, et sama partii tera kõvadus ei muutu oluliselt enne ja pärast kasutamist.
1.4 Kontrollkatse
Termobarjäärkatte keraamiline kiht viiakse läbi elektronkiire füüsilise sadestamise protsessi käigus. ZrO2 kuumutatakse vaakumahjus, kuni see valuplokist aurustub, ja seejärel sadestatakse aeglaselt tera pinnale. Keraamilise kihi kasvu kuju ja paksus tagatakse selliste parameetrite nagu voolutugevus, vaakumaste ja vaakumahjus sadestumise aeg reguleerimisega. Pärast protsessi läbivaatamist leiti, et on andmeid püstoli traadi või mehaanilise pumbaõli asendamise kohta vaakumahjus, mis mõjutab otseselt vaakumahju vaakumastet ja seejärel keraamilise kattega sammaskristallide kasvu. Kontrollimaks, kas vaakumi aste mõjutab keraamilise kihi silindriliste kristallide morfoloogiat ja omadusi, viiakse läbi erinevate keraamiliste kihtide sadestuskatsed, kasutades tabelis 2 toodud protsessi parameetreid.
Lehtede katet vaadeldi elektronmikroskoobiga kahel tingimusel. Tulemused näitavad, et sama pinge, voolu ja sadestusaja juures, kui vaakumi aste ahjus on 5×10-4 Torr, näivad keraamilised sammaskristallid sulgjad või nisutaolised ning sidekihi vahel ei ole TGO kihti. ja keraamiline kiht (joonis 6a). Kui vaakumi aste oli 5 × 10-3 Torr, olid keraamilise katte sammaskristallid jämedad ja neil ei olnud suletaolist ega naelutaolist kuju. Sammaskristallide juure mikrostruktuur oli otsa omaga võrreldes suhteliselt lahti ja mikrostruktuur sarnanes paigaldamata lehtede omaga ning sidekihi ja keraamilise kihi vahel oli TGO kiht (joonis 6b). . Samal ajal testiti keraamilise katte kõvadust kahe vaakumkraadi all ja tulemused näitasid, et keraamilise kihi kõvadus oli kõrgem vaakumastmel 5×10-4 Torr, samas kui keraamilise kihi kõvadus. 5 × 10-3 Torri vaakumi alla ladestunud oli madalam (tabel 3).
2. Järeldus
1) Vigase tera keraamiline kiht on pinnakihi juurest katki ja sammaskristalli juure struktuur on lahti ning sammaskristalli keskmine ja ülemine osa on koondunud ja jaotunud kihtidena. Kõvadusväärtus on madalam kui tavalisel keraamilisel kihil ja struktuur erineb oluliselt tavalise keraamilise kattega sammaskristalli omast.
2) Vaakumastmel on otsene mõju keraamilise katte kasvumorfoloogiale. Kui vaakumi aste vastab standardnõuetele, kasvavad sambakujulised kristallid nagu suled või kõrvad. Kui vaakumi aste on standardnõuetest madalam, on sammaskristalli juur lahti, sammaskristalli keskmine ja ülemine osa on tihedad ning sidekihi ja keraamilise kihi vahel on ilmne TGO kiht.
3) Defektse tera keraamilise kihi kasutusnõuetele mittevastavuse põhjuseks on füüsilise sadestamise seadmete ebanormaalne seisund, mille tulemusena sadestatud keraamilise kihi korraldus ei vasta standardnõuetele.
