Immirat lejn il-fenomenu tat-tqaxxir tal-kisi tal-barriera termali tax-xfafar tat-turbini li jaħdmu bil-magna waqt it-test, dan l-istudju sab il-kawża ewlenija tat-tqaxxir tal-kisi matul l-użu tal-prodott permezz ta 'osservazzjoni makroskopika, analiżi tal-morfoloġija tal-mikroskopju elettroniku tal-iskannjar u analiżi tal-mikrokomponenti tal-ispettru tal-enerġija, flimkien mar-riżultati tal-investigazzjoni tal-proċess kollu tal-proċess, u ressaq suġġerimenti għat-titjib tat-teknoloġija tal-ipproċessar tal-partijiet sussegwenti.
Il-kisi ta 'barriera termali ta' depożizzjoni fiżika tal-fwar tar-raġġ ta 'elettroni (EB-PVD) intuża ħafna fix-xfafar tal-magni aero, u sar teknoloġija ewlenija indispensabbli għal xfafar tal-magni aero. It-teknoloġija EB-PVD hija teknoloġija li tuża raġġ ta 'elettroni ta' densità għolja ta 'enerġija biex issaħħan il-materjal li għandu jiġi vaporizzat fi griġjol imkessaħ bl-ilma f'ambjent vakwu, sabiex jilħaq stat ta' gassifikazzjoni imdewweb, u jevapora għas-sottostrat taħt l-azzjoni ta' kamp manjetiku li jiddevja biex jikkondensa f'kisja. Hemm ħafna tipi ta 'strutturi ta' kisi ta 'barriera termali EB-PVD, inkluża struttura ta' saff doppju, struttura ta 'gradjent u struttura b'ħafna saffi, li l-aktar użata hija l-kisja ta' barriera termali ta 'saff doppju. Il-kisi tal-barriera termali b'saff doppju huwa magħmul minn saff ta 'fuq taċ-ċeramika u saff ta' twaħħil tal-metall. Is-saff taċ-ċeramika prinċipalment għandu r-rwol ta 'insulazzjoni tas-sħana, u s-saff tat-twaħħil tal-metall prinċipalment għandu r-rwol li jtaffi n-nuqqas ta' qbil ta 'espansjoni termali bejn il-matriċi u s-saff taċ-ċeramika, u jtejjeb ir-reżistenza tal-matriċi għall-korrużjoni ta' ossidazzjoni f'temperatura għolja. Fl-ambjent tax-xogħol attwali, l-interface bejn is-saff ta 'bond u s-saff taċ-ċeramika se jifforma saff ta' ossidu, li l-komponent ewlieni tiegħu huwa -Al2O3, u b'hekk jinibixxi t-tixrid ulterjuri ta 'elementi O fil-kisja. L-isfida ewlenija li qed tiffaċċja l-applikazzjoni tal-kisi tal-barriera termali hija d-durabilità tal-kisi, speċjalment ir-reżistenza tal-kisi għat-tixqigħ, li hija influwenzata minn ħafna fatturi, bħall-istat tal-istress fis-saff taċ-ċeramika, il-mikrostruttura tas-saff tal-bond, il-ħxuna u l-istat tat-tensjoni tas-saff TGO, u r-reżistenza għall-ksur tad-diversi interfaces bejn is-saff ta 'bond u TGO. Fil-preżent, huwa rikonoxxut li l-ossidazzjoni tas-saff tal-bonds hija l-fattur ewlieni biex tiddetermina l-ħajja tal-kisi tal-barriera termali.
1. Proċess tat-test u riżultati
1.1 Osservazzjoni makroskopika tal-morfoloġija tat-tixqiq tal-kisi
9 sigħat wara t-test tal-magna, instab li l-kisi fuq il-wiċċ tax-xafra tax-xogħol kien qed jitqaxxar, u ż-żona ta 'spalling qabżet ir-rekwiżiti standard. Il-makromorfoloġija tagħha tidher fil-Figura 1.
1.2 Analiżi komparattiva tal-kisi qabel u wara l-użu
Sabiex jiġu analizzati aktar il-kawżi tat-tqaxxir tal-kisi tal-weraq, il-weraq tas-servizz tqabblu mal-weraq il-ġodda tal-istess lott, u l-komponenti tal-kisi u l-mikrostruttura tal-ponot tax-xafra u l-partijiet tan-nofs ta 'kull werqa ġew imqabbla u analizzati skont il-werqa pożizzjonijiet murija fil-Figura 2.
1) Tqabbil tal-makromorfoloġija tal-weraq. Ix-xafra tas-servizz u x-xafra l-ġdida ġew imqabbla u osservati, u l-morfoloġija kienet murija fil-Figura 3. It-tqaxxir tal-kisi tax-xafra tas-servizz huwa prinċipalment ikkonċentrat fit-tarf tad-dħul u t-tarf tal-egżost tax-xafra ħdejn it-tarf tax-xafra.
2) Analiżi tal-kompożizzjoni kimika. Ittieħdu kampjuni mill-ponta tax-xafra u min-nofs tal-korp tax-xafra, u kampjuni metallografiċi ġew ippreparati wara Mosaic sħun. Skont il-partijiet ta 'skoperta murija fil-Figura 2, il-komponenti tal-kisi fuq kull parti tax-xafra ġew analizzati mill-ispettru tal-enerġija. Ir-riżultati wrew li l-kontenut tal-element prinċipali fis-saff ta 'isfel tal-weraq imqaxxra kien bażikament l-istess bħal dak fl-istess lott ta' weraq mhux installati, iżda ma kien hemm l-ebda differenza ovvja fil-kontenut tal-element prinċipali fis-saff tal-wiċċ.
3) Analiżi tal-morfoloġija tal-kisi. Ġew osservati kampjuni metallografiċi permezz tal-mikroskopija elettronika tal-iskannjar, u r-riżultati ġew murija fil-Figura 4. Jista 'jidher mill-figura li s-saff tal-qiegħ tax-xafra fejn il-kisja titqaxxar huwa intatt, u xi tessut tas-saff tal-wiċċ jibqa' fuq il-qiegħ saff. Il-kisja hija miksura mill-għerq tas-saff tal-wiċċ tal-kristall kolonni, u hemm madwar 1 μm saff TGO bejn is-saff tal-wiċċ u s-saff tal-qiegħ. Barra minn hekk, ġiet analizzata l-istruttura sħiħa tal-kisi f'pożizzjonijiet differenti tax-xafra, u l-morfoloġija mikroskopika mit-tarf tad-daħla sat-tarf tal-egżost ġiet osservata fis-sezzjoni tan-nofs tax-xafra. Fit-tarf tad-daħla tas-sezzjoni tan-nofs tax-xafra, il-kristall ċilindriku tas-saff tal-wiċċ ikun xquq tul l-għerq, li jindika li l-kisja tibda titqaxxar fil-ponta tax-xafra, u l-ksur testendi sa nofs ix-xafra . Min-naħa l-oħra, l-istrutturi tal-kristall kolonni tas-saff tal-wiċċ fuq wara tal-werqa u t-tarf tal-egżost huma miġbura flimkien, mhux f'distribuzzjoni tar-rix, l-ispazjar bejn il-kristalli kolonni mhuwiex ovvju, u l-għerq tal-kristall kolonni huwa aktar laxk minn il-ponta.
Il-mikroskopija elettronika tal-iskannjar saret fuq pożizzjonijiet differenti ta 'xfafar mhux installati tal-istess lott, u r-riżultati ġew murija fil-Figura 5. Kif jidher mill-Figura 5, l-istruttura tal-kisi tal-weraq li għadhom kif saru hija l-istess bħal dik tal-weraq imqaxxra . It-tarf ta 'fuq tal-kristall kolonni huwa mqassam b'mod dens, u l-istruttura tas-saff tal-wiċċ hija ffurmata minn saffi ta' stivar. Hemm saff TGO ovvju bejn is-saff tal-wiċċ u s-saff tal-qiegħ, u l-ħxuna hija madwar 1μm. L-eżistenza ta 'saff TGO bejn is-saff ta' twaħħil u s-saff taċ-ċeramika fuq ix-xafra tindika li matul id-depożizzjoni tas-saff taċ-ċeramika, hemm ċertu ammont ta 'O fil-forn, li jippromwovi l-formazzjoni ta' saff TGO, u l-grad tal-vakwu ta ' il-forn jista 'ma jissodisfax ir-rekwiżiti standard, sabiex is-saff TGO jiġi l-ewwel iffurmat fil-junction tas-saff tal-qiegħ u s-saff tal-wiċċ. Fl-istess ħin, il-qsim taċ-ċeramika tal-wiċċ tul il-kristall kolonni jeżisti wkoll fil-ponta tax-xafra.
Il-proċess tal-kisi tal-barriera termali tax-xafra huwa kif ġej: trattament minn qabel tal-wiċċ tax-xafra → bażi ta 'depożizzjoni ta' kisi tal-jone b'ħafna ark → diffużjoni bil-vakwu → tindif ultrasoniku → saff tal-wiċċ ta 'depożizzjoni ta' raġġ ta 'elettroni vakwu. Matul l-ipproċessar tiegħu, kemm is-saff tat-twaħħil tal-metall kif ukoll is-saff taċ-ċeramika huma depożitati taħt vakwu, għalhekk saff TGO ta 'madwar 1 μm ħxuna m'għandux jiġi prodott bejn is-saff tat-twaħħil u s-saff taċ-ċeramika. Il-proċess ta 'preparazzjoni tal-kisi tal-barriera termali eżistenti ma fihx is-saff TGO għall-iskoperta tat-tessuti, għalhekk l-impatt tas-saff TGO iġġenerat fil-proċess ta' preparazzjoni fuq il-prestazzjoni u l-ħajja tas-servizz tal-kisi tal-barriera termali jeħtieġ li jintwera fid-dettall, għalhekk huwa mhux meħtieġ li tidħol fid-dettalji hawn. Madankollu, jekk il-grad tal-vakwu fil-forn ma jissodisfax ir-rekwiżiti, l-istruttura u l-proprjetajiet tal-wiċċ taċ-ċeramika jistgħu jaffettwaw il-ħajja tas-servizz tal-kisi tal-barriera termali, li hija vverifikata minn esperimenti f'dan l-istudju.
1.3 Test tal-mikroebusija
L-ebusija tal-wiċċ taċ-ċeramika taż-żewġ tipi ta 'xfafar ġiet ittestjata rispettivament, u r-riżultati huma murija fit-Tabella 1. Wieħed jista' jara li m'hemm l-ebda differenza sinifikanti fil-valur tal-ebusija tal-wiċċ taċ-ċeramika tax-xafra tat-tqaxxir miksija u li tax-xafra mhux installata fl-istess lott, li jindika li l-valur tal-ebusija tax-xafra fl-istess lott ma jinbidelx b'mod sinifikanti qabel u wara l-użu.
1.4 Test ta' verifika
Is-saff taċ-ċeramika tal-kisi tal-barriera termali jitwettaq taħt il-proċess ta 'depożizzjoni fiżika tar-raġġ tal-elettroni. ZrO2 jissaħħan f'forn bil-vakwu sakemm jevapora mill-ingott, u mbagħad iddepożitat bil-mod fuq il-wiċċ tax-xafra. Il-forma u l-ħxuna tat-tkabbir tas-saff taċ-ċeramika huma żgurati billi jikkontrollaw parametri bħall-kurrent, il-grad tal-vakwu u l-ħin tad-depożizzjoni fil-forn tal-vakwu. Wara r-reviżjoni tal-proċess, jinstab li hemm rekords ta 'sostituzzjoni ta' wajer tal-pistola jew żejt tal-pompa mekkanika f'forn tal-vakwu, li jaffettwa direttament il-grad tal-vakwu tal-forn tal-vakwu, u mbagħad jaffettwa t-tkabbir tal-kristalli kolonni tal-kisi taċ-ċeramika. Sabiex jiġi vverifikat jekk il-grad tal-vakwu għandux effett fuq il-morfoloġija u l-proprjetajiet tal-kristalli ċilindriċi tas-saff taċ-ċeramika, it-testijiet ta 'depożizzjoni ta' saffi taċ-ċeramika differenti jitwettqu bl-użu tal-parametri tal-proċess fit-Tabella 2.
Il-kisja tal-weraq ġiet osservata bil-mikroskopju elettroniku taħt żewġ kundizzjonijiet. Ir-riżultati juru li taħt l-istess vultaġġ, kurrent u ħin ta 'depożizzjoni, meta l-grad tal-vakwu fil-forn huwa 5 × 10−4 Torr, il-kristalli tal-kolonni taċ-ċeramika jidhru rix jew simili għall-qamħ, u m'hemm l-ebda saff TGO bejn is-saff tat-twaħħil u s-saff taċ-ċeramika (FIG. 6a). Meta l-grad tal-vakwu kien 5 × 10−3 Torr, il-kristalli kolonni tal-kisi taċ-ċeramika kienu oħxon u ma wrewx forma ta 'rix jew spike simili. Il-mikrostruttura ta 'l-għerq tal-kristalli kolonni kienet relattivament laxka meta mqabbla ma' dik tat-tarf, u l-mikrostruttura kienet simili għal dik tal-weraq mhux installati, u kien hemm saff TGO bejn is-saff tat-twaħħil u s-saff taċ-ċeramika (FIG. 6b) . Fl-istess ħin, l-ebusija tal-kisi taċ-ċeramika taħt iż-żewġ gradi tal-vakwu ġiet ittestjata, u r-riżultati wrew li l-ebusija tas-saff taċ-ċeramika kienet ogħla taħt il-grad tal-vakwu 5 × 10−4 Torr, filwaqt li l-ebusija tas-saff taċ-ċeramika depożitat taħt il-grad tal-vakwu 5 × 10−3 Torr kien aktar baxx (Tabella 3).
2. Konklużjoni
1) Is-saff taċ-ċeramika tax-xafra difettuż huwa miksur mill-għerq tas-saff tal-wiċċ, u l-istruttura tal-għerq tal-kristall kolonna hija maħlula, u l-parti tan-nofs u ta 'fuq tal-kristall kolonna huma miġbura u mqassma f'saffi. Il-valur tal-ebusija huwa aktar baxx minn dak tas-saff taċ-ċeramika normali, u l-istruttura hija differenti b'mod sinifikanti minn dik tal-kristall colonnari miksi taċ-ċeramika normali.
2) Il-grad tal-vakwu għandu influwenza diretta fuq il-morfoloġija tat-tkabbir tal-kisi taċ-ċeramika. Meta l-grad tal-vakwu jissodisfa r-rekwiżiti standard, il-kristalli kolonni jikbru bħal rix jew widnejn. Meta l-grad tal-vakwu huwa aktar baxx mir-rekwiżiti standard, l-għerq tal-kristall kolonni huwa maħlul, il-parti tan-nofs u ta 'fuq tal-kristall tal-kolonna huma densi, u hemm saff TGO ovvju bejn is-saff tat-twaħħil u s-saff taċ-ċeramika.
3) In-nuqqas tas-saff taċ-ċeramika tax-xafra difettuża biex jissodisfa r-rekwiżiti tal-użu huwa kkawżat mill-kundizzjoni anormali tat-tagħmir tad-depożizzjoni fiżika, li jirriżulta fl-organizzazzjoni tas-saff taċ-ċeramika depożitat ma tissodisfax ir-rekwiżiti standard.
