The high-temperature oxidation and solid particle erosion of thermal barrier coating (TBC) system which consists of a 8 wt.% yttria-partially stabilized zirconia (YSZ) top coat and CoNiCrAlY bond coat deposited on Inconel 718 substrate via air plasma spraying (APS) process are studied experimentally. Isothermal oxidation tests of the APS-TBCs are conducted at 1050, 1100 and 1150 °C in air for up to 1970 h. Solid particle erosion tests are also performed on both as-deposited and heat-treated APS-TBC specimens at selected particle impingement angles and velocities in room temperature. The scanning electron microscopy (SEM) analyses of the cross sections of the APS-TBC specimens after the oxidation tests show the formation of thermally grown oxide (TGO) scale due to the oxidation of CoNiCrAlY bond coat, and the oxidation kinetics of TGO growth is described by the parabolic rate equation. The failure of the APS-TBC system under isothermal oxidation is associated with the spallation of the top coat through propagation and coalescence of cracks along the coating interface, which is affected by the TGO growth. The solid particle erosion rate of the top coat is found to increase with impingement angle and reach the maximum erosion rate at normal impingement of particles. The erosion resistance of the APS-TBC is observed to increase after the APS-TBC specimen has been exposed at 1100 and 1150 °C for 72 h, probably due to the sintering effect on the top coat, which results in reduction of top coat porosity.

中文翻译：

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APS-YSZ-CoNiCrAlY热障涂层在等温氧化和固体颗粒侵蚀下的失效机理

热障涂层 (TBC) 系统的高温氧化和固体颗粒侵蚀，该系统由通过空气等离子喷涂 (APS) 沉积在 Inconel 718 基材上的 8 wt.% 氧化钇部分稳定氧化锆 (YSZ) 面漆和 CoNiCrAlY 粘合涂层组成) 过程进行了实验研究。APS-TBC 的等温氧化试验在 1050、1100 和 1150 °C 下在空气中进行长达 1970 小时。还在室温下以选定的颗粒撞击角度和速度对沉积态和热处理后的 APS-TBC 试样进行固体颗粒侵蚀试验。氧化测试后 APS-TBC 试样横截面的扫描电子显微镜 (SEM) 分析表明，由于 CoNiCrAlY 结合涂层的氧化，形成了热生长氧化物 (TGO) 氧化皮，TGO 生长的氧化动力学由抛物线速率方程描述。APS-TBC 系统在等温氧化下的失效与通过裂纹沿涂层界面的传播和聚结引起的面漆剥落有关，这受 TGO 生长的影响。发现面漆的固体颗粒侵蚀速率随着撞击角度的增加而增加，并在颗粒正常撞击时达到最大侵蚀速率。观察到 APS-TBC 试样在 1100 和 1150 °C 下暴露 72 小时后，APS-TBC 的抗侵蚀性增加，这可能是由于对面漆的烧结作用，导致面漆孔隙率降低. APS-TBC 系统在等温氧化下的失效与面漆通过裂纹沿涂层界面的传播和聚结而散裂有关，这受 TGO 生长的影响。发现面漆的固体颗粒侵蚀速率随着撞击角度的增加而增加，并在颗粒正常撞击时达到最大侵蚀速率。观察到 APS-TBC 试样在 1100 和 1150 °C 下暴露 72 小时后，APS-TBC 的抗侵蚀性增加，这可能是由于对面漆的烧结作用，导致面漆孔隙率降低. APS-TBC 系统在等温氧化下的失效与面漆通过裂纹沿涂层界面的传播和聚结而散裂有关，这受 TGO 生长的影响。发现面漆的固体颗粒侵蚀速率随着撞击角度的增加而增加，并在颗粒正常撞击时达到最大侵蚀速率。观察到 APS-TBC 试样在 1100 和 1150 °C 下暴露 72 h 后，APS-TBC 的抗侵蚀性增加，这可能是由于对面漆的烧结作用，导致面漆孔隙率降低. 发现面漆的固体颗粒侵蚀速率随着撞击角度的增加而增加，并在颗粒正常撞击时达到最大侵蚀速率。观察到 APS-TBC 试样在 1100 和 1150 °C 下暴露 72 h 后，APS-TBC 的抗侵蚀性增加，这可能是由于对面漆的烧结作用，导致面漆孔隙率降低. 发现面漆的固体颗粒侵蚀速率随着撞击角度的增加而增加，并在颗粒正常撞击时达到最大侵蚀速率。观察到 APS-TBC 试样在 1100 和 1150 °C 下暴露 72 小时后，APS-TBC 的抗侵蚀性增加，这可能是由于对面漆的烧结作用，导致面漆孔隙率降低.