葉福興，呂雁兵，郝利軍，孫 策，郭 磊

（1. 天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300072；2. 天津市先進(jìn)連接技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072）

?

QT500表面化學(xué)鍍鎳磷層對(duì)8YSZ熱障涂層抗熱震性能的影響

葉福興1, 2，呂雁兵1, 2，郝利軍1, 2，孫 策1, 2，郭 磊1, 2

（1. 天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300072；2. 天津市先進(jìn)連接技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072）

摘 要：在金屬基體表面制備陶瓷涂層作為高溫保護(hù)熱障涂層（TBCs）可獲得很好的效果，但會(huì)出現(xiàn)因基體金屬的過(guò)度氧化而造成涂層失效的現(xiàn)象.在QT500基體上采用化學(xué)鍍方法制備N(xiāo)i-P合金鍍層，并在有鍍層與無(wú)鍍層基體上依次采用超音速火焰噴涂（HVOF）制備N(xiāo)iCoCrAlY黏結(jié)層和等離子噴涂（APS）制備ZrO2-8%Y2O3（8YSZ）陶瓷層.采用熱循環(huán)方法評(píng)定不同結(jié)構(gòu)熱障涂層的抗熱震性能，并探討其熱震失效機(jī)理.結(jié)果表明：鎳磷（Ni-P）鍍層可顯著提高熱障涂層的抗熱震性能；無(wú)Ni-P 鍍層試樣熱震失效形式為大面積整體剝落，含Ni-P鍍層高溫涂層熱震失效形式為邊角局部剝落；Ni-P鍍層抑制了基體金屬與黏結(jié)層之間元素的互擴(kuò)散行為.

關(guān)鍵詞：大氣等離子噴涂；熱障涂層；化學(xué)鍍；失效機(jī)制；熱震性能

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2014-11-24. 網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/doi/10.11784/tdxbz201408032.html.

近年，世界汽車(chē)行業(yè)選擇鋁合金代替鑄鐵作為發(fā)動(dòng)機(jī)材料，但發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率（kW/L）增大要求熱端部件承受更高的工作溫度，這使得鋁合金強(qiáng)度迅速下降[1].與鋁合金相比，鑄鐵件成形性好，具有耐高溫性能好、單位密度的強(qiáng)度和剛度高的特點(diǎn)，因而仍是用于內(nèi)燃機(jī)部件的主要金屬材料.牌號(hào)為QT500的球墨鑄鐵不僅強(qiáng)度高，而且具有較好的耐熱性能，常被用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)活塞頂和缸蓋底面等[2-3].

在內(nèi)燃機(jī)的高溫部件表面制備熱障涂層可保護(hù)金屬基體，提高內(nèi)燃機(jī)工作溫度和熱效率[4].熱障涂層系統(tǒng)包括金屬黏結(jié)層和陶瓷隔熱層，常用的金屬黏結(jié)層材料為MCrAlYX（M＝Ni/Co），陶瓷隔熱層材料為6%～8%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Y2O3穩(wěn)定ZrO2（8YSZ）[5]. 8YSZ/NiCoCrAlY作為經(jīng)典的熱障涂層，廣泛應(yīng)用于柴油機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)，該涂層可以通過(guò)阻擋熱量傳輸來(lái)降低金屬零件的工作溫度，同時(shí)，金屬黏結(jié)層韌性好，有助于提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件的熱負(fù)荷承受能力和機(jī)械負(fù)荷承受能力[6].

然而，與高溫合金熱障涂層相比，鑄鐵基體表面制備的雙層結(jié)構(gòu)熱障涂層在950,℃熱震實(shí)驗(yàn)中，在陶瓷層/黏結(jié)層界面并沒(méi)有生成連續(xù)致密的Al2O3層，這很大程度上削弱了黏結(jié)層的阻氧能力，大氣中的O原子透過(guò)陶瓷層進(jìn)入，造成黏結(jié)層內(nèi)部出現(xiàn)內(nèi)氧化現(xiàn)象，產(chǎn)生大量缺陷，這些缺陷成為氧原子繼續(xù)向基體金屬擴(kuò)散的“通道”，導(dǎo)致金屬基體氧化，熱障涂層剝落失效.

化學(xué)鍍是近年來(lái)應(yīng)用廣泛的一種表面處理方法.化學(xué)鍍層具有致密、耐腐蝕性好以及鍍層厚度均勻等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)鍍層本身抗氧化性強(qiáng)，晶化的鍍層在各種環(huán)境介質(zhì)中的耐腐蝕性遠(yuǎn)高于電鍍鉻和不銹鋼[7]. 因此，本文采用化學(xué)鍍?cè)阼T鐵表面沉積一層非晶態(tài)Ni-P合金鍍層并進(jìn)行熱處理，然后利用熱噴涂技術(shù)在其上制備QT500/NiCoCrAlY/8YSZ和QT500/ Ni-P/NiCoCrAlY/ 8YSZ兩種結(jié)構(gòu)涂層.

對(duì)于在高溫環(huán)境中工作的熱障涂層，抗熱震性能是其主要技術(shù)指標(biāo)之一，它反映了熱障涂層在加熱和冷卻循環(huán)過(guò)程中，抵抗溫度突變并保持其結(jié)構(gòu)完整性的能力，是對(duì)涂層物理性能、力學(xué)性能以及結(jié)構(gòu)特性的綜合評(píng)價(jià)[8].本實(shí)驗(yàn)中，對(duì)試樣進(jìn)行周期性加熱冷卻循環(huán)實(shí)驗(yàn)，研究黏結(jié)層與基體界面之間沉積的Ni-P合金過(guò)渡層對(duì)金屬元素、O元素?cái)U(kuò)散行為以及兩種結(jié)構(gòu)涂層抗熱震性能的影響；通過(guò)對(duì)兩種結(jié)構(gòu)熱障涂層組織形態(tài)、結(jié)構(gòu)以及抗熱震性能的考察，探究熱障涂層熱震失效機(jī)理，以及鎳磷鍍層對(duì)熱障涂層抗熱震性能的影響.

1　實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)采用牌號(hào)為QT500的球墨鑄鐵作為基體，其各義成分見(jiàn)表1[2].鎳磷化學(xué)鍍鍍液組成成分如表2所示，其中硫酸鎳為主鹽，次磷酸鈉為還原劑，乳酸為絡(luò)合劑，硼酸為緩沖劑，試劑均為化學(xué)純，用去離子水配制并用氨水調(diào)節(jié)pH值為4.8～5.8，施鍍時(shí)間為2,h，溫度（90±2）,℃.金屬黏結(jié)層噴涂粉末選用Sulzer-Metco公司生產(chǎn)的Ni Co Cr Al Y階段（AMDRY9951），粒度≤53,μm，名義成分見(jiàn)表3.陶瓷層材料選用ZrO2-8%Y2O3粉末（粒度為-75～45,μm）.

表1　QT500的名義成分Tab.1 Nominal compositions of QT500　%

表2　鎳磷化學(xué)鍍鍍液組成成分Tab.2 Bath composition of electroless Ni-P plating

表3　NiCoCrAlY合金粉末名義成分Tab.3 Nominal compositions of NiCoCrAlY　%

1.2涂層制備工藝

采用線切割方法將基材制成φ,25,mm×3,mm的圓片形試樣，對(duì)其選作噴涂基底的一面先后進(jìn)行去氧化層和噴砂粗化處理，之后將試樣放入盛有無(wú)水乙醇和丙酮混合液的燒杯中，超聲波清洗15,min.本研究中化學(xué)鍍采用的處理工藝流程為：超聲波清洗→化學(xué)除油→水洗→酸洗→水洗→活化→水洗→化學(xué)鍍鎳磷→熱水洗→冷水洗→鈍化→去離子水洗→干燥.為了消除在熱震過(guò)程中鍍層晶化引起的生長(zhǎng)應(yīng)力對(duì)涂層壽命的不利影響，噴涂前，將試樣放入大氣氣氛熱處理爐中，400,℃下保溫1,h，從而起到去氫和使鍍層晶化的作用[9-10].之后采用天津大學(xué)開(kāi)發(fā)的TJ-9000型超音速火焰噴涂（HVOF）系統(tǒng)制備黏結(jié)層，噴涂厚度約為130,μm，以丙烷為燃?xì)?，氧氣為助燃?xì)?，氮?dú)鉃樗头蹥?采用APS-2000型等離子噴涂系統(tǒng)制備陶瓷層，厚度約為300,μm.

1.3熱震實(shí)驗(yàn)

在本研究中設(shè)計(jì)了一套熱震實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)試樣進(jìn)行周期性火焰燒蝕和水淬冷卻循環(huán)處理，循環(huán)周期為4,mm.設(shè)定試樣正面加熱最高溫度為950,℃，利用紅外測(cè)溫儀測(cè)定基體背面溫度，測(cè)得試樣正面和背面的溫度循環(huán)曲線如圖1所示.在實(shí)驗(yàn)中，試樣表面出現(xiàn)明顯的裂紋或是涂層剝離面積達(dá)到15%以上，即認(rèn)定涂層失效.

圖1　熱震測(cè)試時(shí)試樣正面和背面的熱循環(huán)曲線Fig.1 Thermal cycling curves of TBC surface and substrate backside during thermal shock test

1.4表征分析方法

采用HITACHI/S-4800掃描電子顯微鏡對(duì)試樣的微觀形貌進(jìn)行觀察和能譜分析.鍍層的相組成分析采用Bruker D8 XRD衍射儀來(lái)進(jìn)行，掃描過(guò)程采用銅靶，掃描速度10°/min.

2　結(jié)果與討論

2.1化學(xué)鍍層成分和相組成分析

圖2（a）顯示Ni-P鍍層微觀形態(tài)呈胞狀結(jié)構(gòu)，基體表面鍍層厚度約30,μm.由于化學(xué)鍍之前基體表面進(jìn)行了噴砂粗化活化處理，表面比較粗糙，鍍層以單個(gè)原子不斷堆垛的方式生長(zhǎng)，與基體以機(jī)械作用力為主的方式緊密結(jié)合，形成了鎳磷化學(xué)鍍層的典型胞狀結(jié)構(gòu)，這有利于提高其與之后的超音速火焰噴涂涂層的結(jié)合性能.圖2（b）為熱處理前后Ni-P鍍層X(jué)RD圖譜，可以看出，通過(guò)化學(xué)鍍方法制得的合金鍍層均為非晶態(tài)，熱處理后呈晶態(tài).晶化后的組織以穩(wěn)定相Ni3P為主，也存在少量的Ni相.

Ni-P鍍層截面微觀形貌的掃描電鏡照片及EDS測(cè)定結(jié)果如圖3所示，圖中所示基體中黑色區(qū)域?yàn)榍驙钍?EDS測(cè)定結(jié)果表明P原子含量為20.7%，其含量較高，根據(jù)文獻(xiàn)[11]，該類(lèi)涂層硬度較高，具有良好的耐腐蝕性能.

圖2　Ni-P鍍層的微觀形貌和XRD圖譜Fig.2 Microstructure and XRD patterns of Ni-P electroless layers before and after annealing

圖3　熱處理后Ni-P鍍層截面微觀形貌及EDS測(cè)試結(jié)果Fig.3 Cross sectional microstructure and EDS spectra of Ni-P electroless layers after annealing

2.2熱震實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)中，分別選取兩組共4個(gè)試樣進(jìn)行熱震實(shí)驗(yàn)，其中常規(guī)涂層試樣編號(hào)1、2，含Ni-P鍍層試樣編號(hào)3、4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示.取各組試樣總循環(huán)次數(shù)的平均值作為涂層的平均壽命，結(jié)果顯示含有鎳磷鍍層的熱障涂層與常規(guī)熱障涂層相比壽命有了顯著提升.

表4　熱震實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Experimental results of thermal shock test

1、2號(hào)試樣涂層結(jié)構(gòu)為合金黏結(jié)層＋8,YSZ陶瓷層，在熱震過(guò)程中破壞最快，空氣中的氧氣從疏松的涂層間隙與QT500基體接觸發(fā)生反應(yīng)，基體與涂層均發(fā)生氧化.并且，在熱震過(guò)程中，溫度變化時(shí)由于基體與涂層間的熱膨脹系數(shù)存在差異，基體和涂層界面位置產(chǎn)生熱應(yīng)力，導(dǎo)致涂層剝落失效.

3、4號(hào)試樣涂層結(jié)構(gòu)為鎳磷化學(xué)鍍層＋合金黏結(jié)層＋8,YSZ陶瓷層，涂層經(jīng)過(guò)1,000次熱震實(shí)驗(yàn)仍未失效，說(shuō)明化學(xué)鍍鎳磷層顯著提高了熱障涂層的抗熱震性能.涂層結(jié)構(gòu)中金屬黏結(jié)層與鎳磷鍍層化學(xué)成分均以Ni為主，金屬黏結(jié)層直接沉積在鍍層上，當(dāng)噴涂參數(shù)不變時(shí)，鎳磷鍍層的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)小于鐵基體，此時(shí)金屬粒子在鎳磷鍍層的接觸溫度較高，與其發(fā)生化學(xué)冶金結(jié)合的幾率將大于鐵基體，粒子和鍍層之間的結(jié)合力增大.并且鎳磷鍍層表面清潔，更有利于粒子和鍍層的結(jié)合.因此，無(wú)論是鍍層與基體，還是金屬黏結(jié)層與鍍層，其結(jié)合力都大于黏結(jié)層與基體的直接結(jié)合.

圖4所示為試樣經(jīng)熱震實(shí)驗(yàn)后的表面宏觀形貌，圖4（a）、（b）、（c）、（d）分別對(duì)應(yīng)試樣1、2、3、4.可以看出，無(wú)Ni-P合金過(guò)渡層試樣的熱震失效形式為大面積整體剝落，含Ni-P鍍層涂層的熱震失效形式為邊角局部剝落.

圖4　經(jīng)熱震實(shí)驗(yàn)后試樣涂層表面形貌Fig.4 Morphologies of samples after thermal shock test

2.3涂層熱震失效機(jī)理分析

圖5為4號(hào)試樣進(jìn)行熱震實(shí)驗(yàn)后涂層失效部位的截面形貌.

如圖5所示，涂層的失效形式可分為陶瓷層局部剝落和縱向貫穿裂紋兩類(lèi).失效部位位于Ni-P鍍層和黏結(jié)層的界面區(qū)域，鍍層內(nèi)部沒(méi)有較大的變形，也沒(méi)有出現(xiàn)明顯的裂紋等缺陷，說(shuō)明鍍層具有較高的強(qiáng)度和韌性.

圖5　熱震實(shí)驗(yàn)后涂層失效形式Fig.5 Failure modes of coatings after thermal shock test

由圖5（a）可以看出，陶瓷層內(nèi)部橫向裂紋的擴(kuò)展往往還伴隨著貫穿黏結(jié)層的縱向裂紋，這是由于失去陶瓷層的保護(hù)后，黏結(jié)層在熱循環(huán)過(guò)程中所經(jīng)受的溫差增大，引發(fā)黏結(jié)層內(nèi)部熱應(yīng)力顯著上升，產(chǎn)生縱向裂紋.由于在陶瓷層剝離過(guò)程中釋放了絕大部分的應(yīng)力，當(dāng)黏結(jié)層內(nèi)部的裂紋擴(kuò)展時(shí)，釋放的應(yīng)變能僅來(lái)自黏結(jié)層內(nèi)部，當(dāng)裂紋尖端擴(kuò)展到Ni-P鍍層表面時(shí)，應(yīng)力不足以貫穿致密的Ni-P鍍層，這樣即使在陶瓷層和黏結(jié)層均失效的情況下，Ni-P鍍層仍能起到保護(hù)基體的作用.不過(guò)，由于Ni-P鍍層與黏結(jié)層之間以機(jī)械結(jié)合力為主，在界面剪切應(yīng)力的作用下裂紋沿黏結(jié)層/鍍層界面處擴(kuò)展，導(dǎo)致涂層剝落.

與之相比，在第2種失效形式下，如圖5（b）所示，由于陶瓷層和黏結(jié)層的結(jié)構(gòu)都相對(duì)完整，因此當(dāng)裂紋擴(kuò)展至黏結(jié)層和Ni-P鍍層界面處時(shí)，裂紋尖端積蓄了較高的應(yīng)變能，導(dǎo)致裂紋得以貫穿Ni-P鍍層.高溫氧化性氣體沿著貫穿3層涂層的縱向裂紋直接對(duì)基體表面進(jìn)行氧化.

2.4基體/Ni-P/黏結(jié)層界面元素?cái)U(kuò)散行為分析

4號(hào)樣品經(jīng)熱震實(shí)驗(yàn)后的涂層截面形貌如圖6所示，對(duì)圖中標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行EDS成分測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表5.

圖6　4號(hào)樣品熱震實(shí)驗(yàn)后涂層的截面形貌Fig.6 Cross sectional microstructure of coatings of specimen 4 after thermal shock test

表5　圖6中標(biāo)記點(diǎn)的EDS結(jié)果Tab.5 EDS results of marks in Fig.6　%

由表中結(jié)果可知，圖中“C”和“D”位置是QT-500基體和鎳磷鍍層元素相互擴(kuò)散的主要區(qū)域.“C”寬度約有 2～3,μm，主要元素為Fe和Ni，并含有少量的P元素，所以此處是基體中Fe元素向鎳磷鍍層中擴(kuò)散的區(qū)域.“D”寬度約3～6,μm，其中沒(méi)有P元素，主要是鎳磷鍍層中的Ni向基體的擴(kuò)散，此處元素的擴(kuò)散將增強(qiáng)鎳磷鍍層與基體的結(jié)合.“A”位置基本保持原來(lái)的成分，P含量略有降低，而“B”寬度為2～3,μm，P含量明顯高于鍍層“C”位置.

各界面元素相互擴(kuò)散的主要原因是熱震過(guò)程中加熱階段相當(dāng)于對(duì)鎳磷鍍層的熱處理過(guò)程，此過(guò)程提供了元素?cái)U(kuò)散的基本條件，各部位的相同元素相互溶合，不同元素發(fā)生相互擴(kuò)散，而且隨著熱震次數(shù)增加，擴(kuò)散逐漸深入，界面結(jié)合有所改善，提高涂層的抗熱震能力，涂層性能得到改善.

圖7是4號(hào)樣品熱震實(shí)驗(yàn)后涂層截面形貌及EDS分析結(jié)果.

由圖7分析可知，在試樣Ni-P/黏結(jié)層界面有條狀氧化物生成，裂紋沿條狀物界面生成，此處聚集著大量的Cr、Al和O元素.Cr、Al元素比Ni等元素更活潑，沿裂紋滲入的O元素偏聚于缺陷處，率先和Cr、Al結(jié)合形成氧化物.此處Fe元素含量較少，說(shuō)明致密的鎳磷鍍層一定程度上延緩了基體金屬中的Fe元素向黏結(jié)層的擴(kuò)散，這種元素?cái)U(kuò)散會(huì)導(dǎo)致基體中形成空穴.

另外可以看到，由于熱震實(shí)驗(yàn)，在鍍層中出現(xiàn)了縱向裂紋，這些裂紋和缺陷為O離子擴(kuò)散至基體表面提供了通道，因此在基體表面生成了一層厚度約30,μm的氧化層.氧化層主要由Fe的氧化物組成，其中含有少量Ni和P等來(lái)自于鍍層的元素，說(shuō)明該區(qū)域與鍍層之間形成了一定的冶金結(jié)合.隨著熱循環(huán)測(cè)試的進(jìn)行，基體表面的氧化層逐漸向基體內(nèi)部擴(kuò)展，由于氧化物相破壞了基體表面鑄鐵基的連續(xù)性，在交變應(yīng)力的作用下，來(lái)自鍍層內(nèi)部的裂紋或是貫穿型縱向裂紋均可沿著氧化層與未被氧化的基體的界面進(jìn)行擴(kuò)展，導(dǎo)致涂層失效.

圖7　4號(hào)樣品熱震實(shí)驗(yàn)后涂層截面微觀形貌及EDS掃描結(jié)果Fig.7 Cross sectional microstructure and EDS spectra of coatings of specimen 4 after thermal shock test

3　結(jié)論

（1）鎳磷化學(xué)鍍層可顯著提高熱障涂層的抗熱震性能，與常規(guī)雙層結(jié)構(gòu)涂層相比，含Ni-P鍍層的熱障涂層抗熱震壽命顯著提升.

（2）無(wú)Ni-P鍍層的涂層熱震失效形式為大面積整體剝落，含Ni-P鍍層的涂層熱震失效形式為邊角局部剝落.

（3）Ni-P 鍍層限制了基體金屬中Fe元素與黏結(jié)層中 Cr、Al 的互擴(kuò)散行為，同時(shí)，O元素?cái)U(kuò)散至Ni-P 合金界面后很難繼續(xù)擴(kuò)散通過(guò)，使基體金屬得到保護(hù).

（4）鍍層中出現(xiàn)的縱向裂紋破壞了鍍層的完整性，為O離子擴(kuò)散至基體表面提供了通道，在基體表面生成一定厚度的氧化層.氧化物破壞了基體表面的連續(xù)性，降低了基體的承載能力，在交變應(yīng)力的作用下，來(lái)自鍍層內(nèi)部的裂紋或是貫穿型縱向裂紋可沿著氧化物與未被氧化的基體的界面發(fā)生擴(kuò)展，導(dǎo)致涂層失效.

參考文獻(xiàn)：

［1］郭海龍，孫志超，楊 合. 擠壓態(tài)7075鋁合金再結(jié)晶經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ图皯?yīng)用[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2013，23（6）：1507-1515. Guo Hailong，Sun Zhichao，Yang He. Empirical recrystallization model and its application of as-extruded aluminum alloy 7075[J]. The Chinese Journɑl of Nonferrous Metɑls，2013，23（6）：1507-1515（in Chinese）.

［2］李養(yǎng)良，潘 東，甘春飛，等. QT-500 球墨鑄鐵表面激光熔覆鎳基合金的組織與性能[J]. 金屬熱處理，2012，37（2）：102-106. Li Yangliang，Pan Dong，Gan Chunfei，et al. Microstructure and properties of surface laser clad Ni-base alloy layer on QT-500 ductile cast iron[J]. Heɑt Treɑtment of Metɑls，2012，37（2）：102-106（in Chinese）.

［3］葉福興，王付勝，崔 崇，等. 鐵基金屬玻璃涂層在無(wú)鉛釬料中的耐腐蝕性及機(jī)理[J]. 天津大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)與工程技術(shù)版，2013，46（11）：1034-1038. Ye Fuxing，Wang Fusheng，Cui Chong，et al. Corrosion resistance and mechanisms of Fe-based metallic glass coating in molten lead-free solder[J]. Journɑl of Tiɑnjin University：Science ɑnd Technology，2013，46（11）：1034-1038（in Chinese）.

［4］鄭 蕾，郭洪波，郭 磊，等. 新一代超高溫?zé)嵴贤繉友芯縖J]. 航空材料學(xué)報(bào)，2012（6）：14-24. Zheng Lei，Guo Hongbo，Guo Lei，et al. New generation thermal barrier coatings for ultrahigh temperature applications[J]. Journɑl of Aeronɑuticɑl Mɑteriɑls，2012（6）：14-24（in Chinese）.

［5］郭洪波，宮聲凱，徐惠彬. 先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱障涂層技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)材料進(jìn)展，2009，28（9/10）：18-26. Guo Hongbo，Gong Shengkai，Xu Huibin. Progress in thermal barrier coatings for advanced aeroengines[J]. Mɑteriɑls Chinɑ，2009，28（9/10）：18-26（in Chinese）.

［6］Cao X Q，Vassen R，Stoever D. Ceramic materials for thermal barrier coatings[J]. Journɑl of the Europeɑn Cerɑmic Society，2004，24（1）：1-10.

［7］Balaraju J N，Rajam K S. Electroless deposition of Ni-Cu-P，Ni-W-P and Ni-W-Cu-P alloys[J]. Surfɑce ɑnd Coɑtings Technology，2005，195（2）：154-161.

［8］Fleck N A，Cocks A C F，Lampenscherf S. Thermal shock resistance of air plasma sprayed thermal barrier coatings[J]. Journɑl of the Europeɑn Cerɑmic Society，2014，34（11）：2687-2694.

［9］Yu Huisheng，Luo Shoufu，Wang Yongrui. A comparative study on the crystallization behavior of electroless Ni-P and Ni-Cu-P deposits[J]. Surfɑce ɑnd Coɑtings Technology，2001，148（2）：143-148.

［10］陸冠雄，郝利軍，葉福興，等. 鋁合金基體含化學(xué)鍍過(guò)渡層的二氧化鋯熱障涂層失效機(jī)制[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2014，24（5）：1311-1318. Lu Guanxiong，Hao Lijun，Ye Fuxing，et al. Failure mechanism of ZrO2-8%Y2O3thermal barrier coatings on aluminum alloy with electroless plating interlayer[J]. The Chinese Journɑl of Nonferrous Metɑls，2014，24（5）：1311-1318（in Chinese）.

［11］胡光輝，吳輝煌，楊房祖. 鎳磷化學(xué)鍍層的耐蝕性及其與磷含量的關(guān)系[J]. 物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2005，21（11）：1299-1302. Hu Guanghui，Wu Huihuang，Yang Fangzu. Corrosion resistance of electroless Ni-P deposits and its relation to P contents[J]. Actɑ Physico-Chimicɑ Sinicɑ，2005，21（11）：1299-1302（in Chinese）.

（責(zé)任編輯：田 軍）

Influence of Chemical Ni-P Plating on Thermal Shock Resistance of 8YSZ Thermal Barrier Coatings on QT500 Substrate

Ye Fuxing1, 2，Lü Yanbing1, 2，Hao Lijun1, 2，Sun Ce1, 2，Guo Lei1, 2
（1.School of Materials Science and Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，China；2. Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology，Tianjin 300072，China）

Abstract：Ceramic coatings deposited on metal substrate as thermal barrier coatings（TBCs）have been proven efficient. However，the TBCs would fail when the substrate was oxidized severely. In this study，NiCoCrAlY bond coatings sprayed by high velocity oxygen fuel（HVOF）system and ZrO2-8%Y2O3（8YSZ）top coatings deposited by air plasma spray（APS）system were fabricated successively on QT500 cast iron substrate，with and without chemical Ni-P plating as transition layer，respectively. In addition to evaluating the thermal shock resistance of TBCs with different structures by heat cycle test，the failure mechanism was investigated as well. The results show that chemical Ni-P plating significantly improves thermal shock resistance of TBCs；the failure mode of TBCs without Ni-P interlayer is regional flaking，while that of TBCs with Ni-P plating is partial peeling on the edge；Ni-P interlayer has suppressed the inter-diffusion of elements between the substrate and bond coatings.

Keywords：air plasma spray；thermal barrier coating；chemical plating；failure mechanism；thermal shock performance

通訊作者：呂雁兵，lvyanbing@tju.edu.cn.

作者簡(jiǎn)介：葉福興（1974— ），男，博士，教授，yefx@tju.edu.cn.

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51375332）；天津市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（12JCYBJC12300）；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)科研基金資助項(xiàng)目（20120032110031）.

收稿日期：2014-08-13；修回日期：2014-10-15.

中圖分類(lèi)號(hào)：TG174.45

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：0493-2137（2016）01-0015-06

DOI:10.11784/tdxbz201408032