热障涂层在腐蚀介质下的电化学阻抗研究

admin · 发表于 2023-10-17 14:15:29

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雅宝题库解析：
本文分别采用超音速火焰喷涂和大气等离子喷涂在镍基高温合金上制备具有NiCrAlY粘结层和8wt.%Y2O3–ZrO2陶瓷层(YSZ)的双层结构热障涂层；并采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等方法研究硫酸钠服役环境下涂层微观结构及氧化物的形貌和成分变化。利用交流阻抗作为无损检测方法，建立等效电路对热障涂层的电化学参数进行拟合，分析了热障涂层在恒温氧化条件下和Na2SO4腐蚀环境下的组织演变对电化学参数的影响。并采用交流阻抗模谱法计算了两种条件下TGO的厚度，并与实验测量值进行对比分析。950℃恒温氧化条件下，热障涂层的等效电路为三容抗并联电路。对涂层的电化学参数进行拟合，结果显示，随着氧化时间的增加，陶瓷层晶粒和晶界的电阻和电容均呈增加的趋势，陶瓷层的阻抗主要来自于晶界的贡献。TGO电阻随着厚度的增加而增大。950℃硫酸钠介质腐蚀条件下，随着腐蚀时间的增加，陶瓷层的阻抗值增大，是由于陶瓷层中裂纹长度增加，裂纹宽度也不断增大。裂纹的增加阻碍了氧离子的移动，使得陶瓷层的导电性降低。晶界的电容和电阻均随着腐蚀时间的增加不断增大。晶粒的电阻先增大后减小，这与在腐蚀过程中晶粒的大小和致密度有关。对于TGO层，电容随着TGO层的增厚而减小，电阻值从20到60小时先增大，60到100小时减小，是由于TGO成分由连续的、绝缘性的Al2O3转化成为疏松多孔的、导电性好的NiO，Al2O3和Ni(Cr, Al)2O4混合物氧化物。在腐蚀条件下TGO的成分和微观结构变化比厚度对电阻的影响更大。采用测量交流阻抗模谱曲线低频弧半径Dm的方法，计算得到TGO厚度。恒温氧化条件下，经过计算得到TGO厚度与通过扫描电镜测量的TGO厚度，两者符合氧化动力学抛物线规律并且重合度良好。腐蚀条件下，腐蚀60小时前，计算得到的TGO厚度与测量的TGO厚度符合良好。腐蚀60小时后，计算得到的TGO厚度小于测量的TGO厚度。这是由于腐蚀条件下，TGO的成分和组织变化有关。以上结果对于采用交流阻抗谱表征热障涂层在恒温氧化和腐蚀介质下的组织结构演变有一定的指导意义。

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