Al2O3覆蓋層制備工藝對(duì)YSZ涂層耐熔鹽腐蝕性能的影響

張 磊,羅曉芳,林如山,張金宇,張 偉,楊吉軍,劉 寧,葉國(guó)安,*

(1.中國(guó)原子能科學(xué)研究院,北京 102413;2.核工業(yè)西南物理研究院,四川 成都 610225;3.四川大學(xué) 原子核科學(xué)技術(shù)研究所,四川 成都 610064)

近年來(lái)隨著我國(guó)快堆技術(shù)的迅速發(fā)展,高燃耗、短冷卻期乏燃料處理提上日程,亟待開(kāi)發(fā)新的后處理工藝流程[1]。其中能在高溫、無(wú)水環(huán)境中進(jìn)行乏燃料后處理的干法后處理技術(shù)得到了廣泛關(guān)注[2-3]。干法后處理技術(shù)主要有氟化物揮發(fā)法、溶劑萃取法和熔鹽電解法等[4-5]。其中,熔鹽電解法最有可能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,其部分工藝流程研究得較為成熟,其有效性在乏燃料后處理實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證[6-7]。熔鹽電解法一般采用高溫氯化物熔鹽作為熔劑,反應(yīng)溫度通常高于450 ℃,因此帶來(lái)了嚴(yán)重的反應(yīng)器腐蝕問(wèn)題。

高密度石墨(HDG)由于具有良好的抗熱震性和高溫強(qiáng)度,被認(rèn)為是坩堝的候選材料之一[8]。但在采用熔鹽電解法處理乏燃料過(guò)程中,電解用坩堝會(huì)與高溫氯化物熔鹽、乏燃料等具有腐蝕性的介質(zhì)直接接觸,從而影響坩堝的穩(wěn)定性和耐蝕性,嚴(yán)重降低其使用壽命[9]。實(shí)驗(yàn)時(shí)坩堝破裂會(huì)導(dǎo)致腐蝕介質(zhì)外泄、乏燃料處理過(guò)程中斷,難以進(jìn)行完整實(shí)驗(yàn)流程,從而無(wú)法評(píng)估與發(fā)展熔鹽電解法處理乏燃料技術(shù),阻礙了氯化物熔鹽體系干法后處理技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。采用等離子噴涂技術(shù)噴涂在高密度石墨表面的氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)涂層被認(rèn)為是最有前景的涂層之一[10-14]。但等離子噴涂的涂層本身存在的空洞以及裂紋限制了其在高溫下的使用壽命[15]。為提高噴涂涂層的性能,有學(xué)者提出了多種密封處理方法來(lái)消除涂層中的固有缺陷[16-18],其中Al2O3覆蓋層因可有效提高涂層的抗腐蝕性能[19-20]而備受關(guān)注。Al2O3覆蓋層的制備方法主要有化學(xué)氣相沉積(CVD)法、磁控濺射(PVD)法、溶膠-凝膠(Sol-gel)法和金屬有機(jī)分解(MOD)法等[21-22]。其中PVD法和MOD法是較常用的Al2O3制備方法[23-24]。PVD法制備Al2O3覆蓋層具有與基體結(jié)合好、工藝簡(jiǎn)單、沉積速率快、質(zhì)量?jī)?yōu)異等優(yōu)勢(shì)[25],且有優(yōu)異的耐蝕性能。MOD法作為一種新穎的液相鍍膜方法,其與Sol-gel法制備的Al2O3覆蓋層的顯著差異在于,所制備的Al2O3覆蓋層在固化過(guò)程中通過(guò)有機(jī)物揮發(fā),規(guī)避了傳統(tǒng)溶膠凝膠法制備的覆蓋層易開(kāi)裂的問(wèn)題;同時(shí)MOD法能在復(fù)雜的幾何表面制備覆蓋層,尤其在管件樣品的內(nèi)表面[26-27]。此外,在密封處理過(guò)程中,溶膠溶液可有效填充噴涂涂層內(nèi)部的缺陷,提高涂層的致密度。但到目前為止,PVD法和MOD法制備的Al2O3覆蓋層對(duì)YSZ涂層的耐熔鹽腐蝕性能的影響尚未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。

基于此,本文擬分別采用PVD法和MOD法在等離子噴涂的YSZ涂層表面制備Al2O3覆蓋層,通過(guò)NaCl-KCl熔鹽浸沒(méi)實(shí)驗(yàn),探討腐蝕后涂層的微觀結(jié)構(gòu)演變,研究這兩種密封處理方法對(duì)YSZ涂層抗腐蝕性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要材料

采用大氣等離子噴涂法(APS)在石墨表面制備一層YSZ涂層,黏結(jié)層為NiCrAlY。等離子噴涂工藝參數(shù)如表1所列。

1.2 表面覆蓋層的制備

分別采用PVD法和MOD法對(duì)YSZ涂層進(jìn)行表面改性處理。

采用PVD法制備Al2O3覆蓋層的工藝參數(shù)如下:功率,500 W;沉積時(shí)間,6 h;工作氣體,Ar氣;流量,0.05 NL/min;工作氣壓,0.5 Pa。

MOD法是一種改進(jìn)型液相鍍膜方法。其固有的浸潤(rùn)性可讓溶膠滲透進(jìn)入多孔涂層內(nèi)部達(dá)到封孔效果。該方法是利用浸漬-提拉法將Al2O3溶膠涂覆在待封孔試樣表面,在浸泡過(guò)程中溶膠可滲入并填充噴涂涂層內(nèi)部孔隙,高溫?zé)Y(jié)后形成致密的保護(hù)性封孔層,其工藝流程如圖1所示。

圖1 MOD法制備Al2O3覆蓋層的工藝流程Fig.1 Process for Al2O3 overlay preparation by MOD method

具體工藝步驟為:1) 利用提拉法將Al-03 MOD前驅(qū)體液涂覆在經(jīng)拋光處理過(guò)的基片(石墨)表面;2) 120 ℃下干燥10 min,550 ℃下烘焙5 min,干燥、烘焙重復(fù)12次;3) 對(duì)烘焙樣品進(jìn)行熱處理,制得晶化的Al2O3覆蓋層。提拉速度為100 mm/min,浸漬時(shí)間為300 s,烘焙溫度為550 ℃,退火溫度為700 ℃,升溫速率為10 ℃/min,具體制備工藝參見(jiàn)文獻(xiàn)[28]。

1.3 熔鹽腐蝕實(shí)驗(yàn)

采用完全浸沒(méi)法進(jìn)行腐蝕實(shí)驗(yàn)。高溫熔鹽腐蝕的實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖2所示。具體操作步驟如下:1) 將Al2O3覆蓋層的石墨/YSZ涂層放入盛有等摩爾比NaCl-KCl混合氯化鹽的坩堝中,再將坩堝置于高溫爐中;2) 加熱至350 ℃,保溫2 h,去除結(jié)合水;3) 繼續(xù)升溫至750 ℃,設(shè)定保溫時(shí)間為12 h;4) 待試樣隨爐冷卻至室溫后取出,用去離子水清洗,然后放入水浴恒溫箱中煮沸30 min,完全去除表面殘余的鹽顆粒;5) 使用超聲清洗儀再次清洗試樣,并在恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)烘干12 h。

圖2 高溫熔鹽腐蝕實(shí)驗(yàn)過(guò)程Fig.2 Experimental process of high-temperature molten salt corrosion

1.4 表征

記錄試樣腐蝕前后的質(zhì)量變化,計(jì)算失重百分比,繪制高溫熔鹽腐蝕動(dòng)力學(xué)曲線。采用掃描電子顯微鏡(SEM)及能譜儀(EDS)對(duì)涂層的形貌和元素組成進(jìn)行分析。使用X射線衍射儀(XRD)對(duì)腐蝕前后表面的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行相結(jié)構(gòu)檢測(cè),并結(jié)合熔鹽腐蝕原理推測(cè)腐蝕過(guò)程中發(fā)生的物理和化學(xué)變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 涂層形貌及元素組成

1) 原始YSZ涂層表面的微觀形貌

原始YSZ涂層表面的微觀形貌示于圖3。由圖3a可見(jiàn),YSZ涂層表面粗糙,且包含大量的缺陷。由圖3b可見(jiàn),YSZ涂層表面包含大量未完全熔化的顆粒。由圖3c、d可看出,YSZ涂層表面局部區(qū)域包含大量的微裂紋及孔洞。通常粗糙的表面形貌會(huì)增加YSZ涂層與腐蝕介質(zhì)(熔鹽)的接觸面積,進(jìn)而加速腐蝕過(guò)程。同時(shí)涂層表面裂紋以及孔洞的存在會(huì)導(dǎo)致腐蝕過(guò)程中,腐蝕介質(zhì)通過(guò)表面裂紋及孔洞滲透進(jìn)入涂層內(nèi)部,從而降低涂層的耐腐蝕效果。因此有必要通過(guò)表面密封處理提高噴涂的YSZ涂層的致密度。

圖3 原始YSZ涂層的表面形貌及缺陷Fig.3 Surface morphology and defect of original YSZ coating

2) Al2O3覆蓋層和表面形貌

采用PVD法在YSZ涂層表面制備的Al2O3覆蓋層的表面形貌示于圖4。與圖3相比,Al2O3覆蓋層的存在顯著降低了涂層的表面粗糙度。凹凸不平的噴涂涂層表面形貌轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)平坦的表面形貌。值得注意的是,PVD法制備的Al2O3覆蓋層表面仍存在大量裂紋,且裂紋的長(zhǎng)度及寬度均較YSZ涂層的裂紋更長(zhǎng)更寬。通常PVD法制備的Al2O3覆蓋層的裂紋是由于涂層厚度的影響[29],涂層越厚越易出現(xiàn)開(kāi)裂,尤其是表面不光滑的YSZ涂層。因此,在后續(xù)研究中有必要在制備Al2O3覆蓋層前將YSZ涂層的表面進(jìn)行打磨以及拋光處理,以降低涂層表面粗糙度,減少裂紋的出現(xiàn)。此外,雖然Al2O3覆蓋層表面仍有裂紋,但明顯覆蓋了圖3d中的大孔洞。

采用MOD法在YSZ涂層表面制備的Al2O3覆蓋層的表面形貌如圖5所示。圖5a與圖3a及圖4a存在明顯的差異。MOD法制備的Al2O3覆蓋層的表面致密度得到了顯著提升。YSZ涂層表面的絕大部分缺陷得到了填充。但是不可忽略的是,圖5b、c顯示Al2O3覆蓋層表面仍有裂紋。這些裂紋的存在與MOD法制備覆蓋層工藝過(guò)程中的干燥及烘焙過(guò)程有較大關(guān)系。通常,在干燥和烘焙過(guò)程中,過(guò)快的升溫速率會(huì)導(dǎo)致涂層表面出現(xiàn)裂紋。同時(shí)所制備的Al2O3覆蓋層過(guò)厚也會(huì)導(dǎo)致涂層表面出現(xiàn)裂紋[30]。

圖5 MOD法制備的Al2O3覆蓋層的表面形貌Fig.5 Surface morphology of Al2O3 overlay prepared by MOD method

3) YSZ涂層的元素組成

對(duì)原始YSZ涂層和帶Al2O3覆蓋層的YSZ涂層進(jìn)行EDS分析,結(jié)果示于圖6。由圖6a可知,YSZ涂層表層包含的主要元素為Zr、O、Y,這與YSZ涂層的元素組成一致。對(duì)比圖6b、c與圖6a可知,與原始YSZ涂層相比,表面包含Al2O3覆蓋層的YSZ涂層的元素組成中除YSZ涂層本身的Zr、O、Y外,還出現(xiàn)了很強(qiáng)的Al峰。這意味著使用PVD法和MOD法均成功在YSZ涂層表面制備了Al2O3覆蓋層。

a——原始YSZ涂層;b——帶Al2O3覆蓋層(PVD法)的YSZ涂層;c——帶Al2O3覆蓋層(MOD法)的YSZ涂層圖6 YSZ涂層的EDS能譜Fig.6 EDS spectrum of YSZ coating

對(duì)原始YSZ涂層和帶Al2O3覆蓋層的YSZ涂層進(jìn)行Al元素線掃,結(jié)果示于圖7。由圖7a可見(jiàn),原始YSZ涂層中Al元素主要分布在NiCrAlY黏結(jié)層,涂層內(nèi)部以及表面區(qū)域未見(jiàn)Al的分布。圖7b中Al元素的分布與圖7a相似,Al元素仍主要分布在NiCrAlY黏結(jié)層,表層Al元素含量較低。這主要是由于表層Al2O3覆蓋層的厚度在當(dāng)前的放大倍數(shù)下太薄,導(dǎo)致EDS線掃描不能有效表征表層Al元素的分布。圖7c中Al元素的分布與圖7a、b中Al元素的分布存在明顯差異。Al元素除分布于NiCrAlY粘結(jié)層外,YSZ涂層的內(nèi)部以及表層區(qū)域均能檢測(cè)到。而涂層內(nèi)部的Al元素分布表明,在使用前驅(qū)體溶液(Al-03)對(duì)涂層進(jìn)行密封處理的過(guò)程中,由于前驅(qū)體溶液固有的浸潤(rùn)性,使得前驅(qū)體溶液進(jìn)入YSZ涂層內(nèi)部。同時(shí)對(duì)比圖7a、b、c的截面形貌可看出,表面有MOD法制備的Al2O3覆蓋層的YSZ涂層的截面致密度明顯較原始YSZ涂層及表面有PVD法制備的Al2O3覆蓋層的YSZ涂層更致密。以上結(jié)果表明,MOD法制備的Al2O3覆蓋層的YSZ涂層可能具有最優(yōu)的耐蝕效果。

a——原始YSZ涂層;b——帶Al2O3覆蓋層(PVD法)的YSZ涂層;c——帶Al2O3覆蓋層(MOD法)的YSZ涂層圖7 YSZ涂層截面形貌及Al元素分布Fig.7 Cross-sectional morphology of YSZ coating and distribution of Al element

2.2 腐蝕特性

YSZ涂層腐蝕測(cè)試后的表面形貌和元素組成示于圖8。從圖8a～d可看出,涂層表面有大量未被清洗干凈、嵌入到涂層中的氯化鹽顆粒,同時(shí)與圖3a所示的表面形貌類似,腐蝕后YSZ涂層的表面仍有大量的裂紋和孔洞,但腐蝕后孔洞的尺寸變得更大,裂紋也變得更長(zhǎng)。通常,熔鹽團(tuán)聚物主要嵌入到突出的微觀結(jié)構(gòu)中,隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng),涂層中的裂紋逐漸拓展。這是由于,等離子噴涂涂層中的缺陷形成了通過(guò)孔洞和裂紋網(wǎng)絡(luò)穿透的熔鹽離子的聚集點(diǎn)[29],嵌入涂層缺陷中的熔鹽顆粒逐漸增加了涂層的應(yīng)力,進(jìn)而使得涂層中的孔洞和裂紋變得更加明顯[30]。從圖8e可看出,涂層表面除既有的YSZ涂層元素外,還出現(xiàn)了Cl離子的峰。表面Cl離子的出現(xiàn)與圖8a～d中觀察到的未完全清洗干凈的熔鹽顆粒密切相關(guān)。

表面有PVD法制備的Al2O3覆蓋層的YSZ涂層腐蝕測(cè)試后的表面形貌以及元素組成示于圖9。圖9a中YSZ涂層的表面形貌與圖8a中原始YSZ涂層腐蝕后的形貌類似,涂層表面始終保持粗糙的結(jié)構(gòu),且包含大量的未清洗干凈的熔鹽顆粒。但圖9b、c所示的更高放大倍數(shù)下,表面有PVD法制備的Al2O3覆蓋層的YSZ涂層的表面形貌與沉積態(tài)的YSZ涂層腐蝕后的形貌完全不同,涂層表面出現(xiàn)了大量的纖維狀結(jié)構(gòu),且在靠近孔洞的區(qū)域纖維狀結(jié)構(gòu)的分布更加密集。圖9a中區(qū)域1和區(qū)域2即為腐蝕后涂層的表面區(qū)域含和不含纖維狀結(jié)構(gòu)的區(qū)域。圖9d、e為圖9a中區(qū)域1以及區(qū)域2的EDS元素分析。可見(jiàn)這兩個(gè)區(qū)域最明顯的差異在于Al元素的分布,不包含纖維狀結(jié)構(gòu)的區(qū)域Al元素的分布幾乎可以忽略(圖9d),但在纖維狀結(jié)構(gòu)分布密集區(qū)域可以看到明顯的Al元素特征峰(圖9e)。以上結(jié)果表明,這些纖維狀結(jié)構(gòu)極有可能是Al2O3[31]。這意味著在腐蝕過(guò)程中PVD法制備的非晶Al2O3覆蓋層逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維狀A(yù)l2O3。

表面有MOD法制備的Al2O3覆蓋層的YSZ涂層腐蝕測(cè)試后的表面形貌以及元素組成示于圖10。對(duì)比圖10a～c和圖8a～d及圖9a～c,可以很明顯地看出表面有MOD法制備的Al2O3覆蓋層的YSZ涂層腐蝕后表面形貌更加光滑致密。但不可忽略的是,涂層表面仍包含孔洞并呈現(xiàn)典型的液相涂層開(kāi)裂形貌。從圖10d、e可看出,不論是圖中的平坦區(qū)域還是相對(duì)粗糙區(qū)域,均包含Al元素的特征峰,這意味著整個(gè)YSZ涂層的表面都覆蓋了一層Al2O3涂層。通過(guò)對(duì)沉積態(tài)涂層及兩種表面有Al2O3覆蓋層涂層腐蝕后表面形貌的對(duì)比,可以很明顯地看出,MOD法制備的Al2O3覆蓋層可有效提高YSZ涂層的耐蝕性能。并且Al-03前驅(qū)體溶液可以進(jìn)入涂層內(nèi)部,并填充涂層內(nèi)部缺陷,使得涂層的表面以及截面的致密度都得到顯著提升。

腐蝕前后樣品的XRD譜示于圖11。從圖11可看出,沉積態(tài)的YSZ涂層主要由不可變換的四方體相氧化鋯(t′-ZrO2)組成。t′-ZrO2的形成是由于等離子噴涂過(guò)程中液滴的快速冷卻所致[31]。YSZ涂層暴露于NaCl-KCl熔鹽中12 h后,涂層中出現(xiàn)了新的單斜相氧化鋯(m-ZrO2),這意味著YSZ涂層在腐蝕測(cè)試12 h后,涂層中的穩(wěn)定劑被大量消耗[32]。對(duì)于表面覆蓋有PVD法制備的Al2O3覆蓋層的YSZ涂層,腐蝕前涂層的相結(jié)構(gòu)主要是t′-ZrO2。而腐蝕測(cè)試12 h后,涂層中出現(xiàn)了新的單斜相氧化鋯(m-ZrO2),這意味著PVD法制備的表層Al2O3覆蓋層不能有效保護(hù)YSZ涂層。而YSZ涂層表面有MOD法制備的Al2O3覆蓋層的樣品,腐蝕前后涂層的相結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生明顯變化。這意味著MOD法制備的Al2O3覆蓋層可有效提高YSZ涂層的抗腐蝕性能,這與MOD法和PVD法制備Al2O3涂層的工藝密切相關(guān)。通常PVD法只能在YSZ涂層的表面制備覆蓋層,而不能有效填充YSZ涂層內(nèi)部本身存在的缺陷。此外,YSZ涂層表層存在的缺陷也會(huì)使PVD法制備的Al2O3覆蓋層出現(xiàn)裂紋,甚至出現(xiàn)剝落的現(xiàn)象。相反,MOD法作為一種液相鍍膜方法,其在制備Al2O3覆蓋層的過(guò)程中,除能在YSZ涂層的表面制備一層Al2O3保護(hù)涂層外,還能有效填充YSZ涂層內(nèi)部的微觀缺陷,這使得YSZ涂層的抗腐蝕性能得到顯著提高,這與圖7所示的涂層截面元素分析一致。

a～c——腐蝕后YSZ涂層表面不同區(qū)域的形貌;d、e——圖10a所示涂層表面區(qū)域3、4的EDS能譜圖10 腐蝕后表面有MOD法制備的Al2O3覆蓋層的YSZ涂層的表面形貌以及EDS能譜Fig.10 Surface morphology and EDS analysis of YSZ coating with Al2O3 overlayer prepared by MOD method on surface after corrosion test

圖11 不同樣品腐蝕前后的XRD譜Fig.11 XRD pattern of samples before and after corrosion test

采用失重法對(duì)每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的腐蝕試樣進(jìn)行計(jì)算,繪制高溫熔鹽腐蝕動(dòng)力學(xué)曲線,結(jié)果示于圖12。定義試樣的失重率為R(%),其表達(dá)式如下:

R=(m0-m1)/m0×100%

(1)

其中:m0為腐蝕前質(zhì)量,kg;m1為腐蝕后質(zhì)量,kg。

由圖12可知,YSZ涂層經(jīng)歷了前期增重階段和后期腐蝕減重階段,增重說(shuō)明涂層遭受熔鹽腐蝕,表面嵌入未完全清除干凈的熔鹽顆粒或生成了腐蝕產(chǎn)物,后期失重可能源于涂層脫落導(dǎo)致的質(zhì)量減小。這與圖8a～d所示的沉積態(tài)涂層腐蝕后的表面形貌相一致。表面有PVD法制備的Al2O3覆蓋層的YSZ涂層出現(xiàn)了明顯的增重現(xiàn)象。這與沉積態(tài)的YSZ涂層腐蝕前期階段的增重類似。這主要是由于腐蝕過(guò)程中涂層表面包含大量未完全清洗干凈的熔鹽顆粒所致,這與圖9a所示的涂層表面形貌一致。在這3個(gè)失重曲線中,表面有MOD法制備的Al2O3覆蓋層的YSZ涂層的失重曲線的變化趨勢(shì)明顯不同于其他2條曲線。這主要是由于整個(gè)腐蝕過(guò)程中該涂層都處于質(zhì)量損失狀態(tài),并且隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng),質(zhì)量損失變得也更加明顯。整個(gè)腐蝕過(guò)程中質(zhì)量損失的出現(xiàn)與圖10a～c所觀察到的腐蝕后涂層表面形貌密切相關(guān)。從圖10a～c可看出,腐蝕后涂層表面極少附著未清洗干凈的熔鹽顆粒,這與失重曲線沒(méi)有出現(xiàn)質(zhì)量增加結(jié)果一致。但由圖10a～c所示的腐蝕后表面形貌可看到,在孔洞區(qū)域出現(xiàn)了大量典型的液相厚涂層開(kāi)裂以及翹曲的形貌。這是由于在涂層制備過(guò)程中,YSZ涂層表面孔洞區(qū)域一次存留較多的前驅(qū)體溶液,進(jìn)而在熱處理過(guò)程中由于厚度梯度以及內(nèi)應(yīng)力的影響,涂層出現(xiàn)開(kāi)裂以及翹曲的現(xiàn)象。這些孔洞區(qū)域存在開(kāi)裂以及翹曲的Al2O3覆蓋層,在腐蝕以及清洗過(guò)程中極易剝落,同時(shí)在腐蝕介質(zhì)的作用下,這些原本存在的開(kāi)裂及翹曲的Al2O3覆蓋層更易出現(xiàn)剝落的現(xiàn)象。這些剝落的Al2O3覆蓋層最終導(dǎo)致失重曲線出現(xiàn)明顯的質(zhì)量損失。但值得注意的是,即使表層Al2O3覆蓋層出現(xiàn)了開(kāi)裂甚至局部剝落的現(xiàn)象,滲透進(jìn)入YSZ涂層內(nèi)部的Al2O3也能有效填充涂層內(nèi)部的缺陷,使YSZ涂層的耐蝕性能得到顯著提升。

圖12 樣品的失重曲線Fig.12 Weight loss curve of sample

3 結(jié)論

本文采用PVD法和MOD法在YSZ涂層表面制備Al2O3覆蓋層,研究其對(duì)YSZ涂層耐腐蝕性能的影響,得到如下結(jié)論。

1) PVD法制備的Al2O3覆蓋層可提高YSZ涂層的表面致密度,但不能有效填充YSZ涂層的內(nèi)部缺陷。YSZ涂層截面致密度和耐蝕性能并沒(méi)有因?yàn)楸韺覣l2O3覆蓋層的存在而得到顯著提升。同時(shí)PVD法制備的Al2O3覆蓋層也不能有效減少腐蝕過(guò)程中YSZ涂層中穩(wěn)定劑的消耗。

2) MOD法作為一種新穎的液相鍍膜法,其在YSZ涂層表面制備的Al2O3覆蓋層不僅可提高YSZ涂層的表面致密度,降低YSZ涂層的表面粗糙度,同時(shí)MOD前驅(qū)體溶液還可滲透進(jìn)入涂層內(nèi)部,并有效填充涂層內(nèi)部的微觀缺陷,使涂層的截面致密度得到顯著提升。同時(shí)該方法制備的表面覆蓋層不僅可提高YSZ涂層的耐蝕性能,還可減少YSZ涂層中穩(wěn)定劑的消耗。

綜上所述,利用MOD法在YSZ涂層表面制備Al2O3覆蓋層可有效提高YSZ涂層的性能,且該方法所具備的能在復(fù)雜幾何表面尤其是管件樣品內(nèi)壁制備涂層的優(yōu)勢(shì)使得該方法制備的表面覆蓋層可更好地適應(yīng)復(fù)雜的幾何表面。同時(shí)該方法也是一種較為有效的提高涂層致密度的方法,其在提高涂層致密度方面的密封工藝還需要更進(jìn)一步的優(yōu)化,以減少涂層表面孔洞區(qū)域大量前驅(qū)體溶液聚集所導(dǎo)致的涂層開(kāi)裂以及剝落現(xiàn)象。