Microstructure of gas flow sputtered thermal barrier coatings: Influence of bias voltage
Microstructure of gas flow sputtered thermal barrier coatings: Influence of bias voltage
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气流溅射热障涂层的微观结构：偏压的影响
DOI：
10.1016/j.surfcoat.2017.09.067
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发表时间：
2017
影响因子：
5.4
通讯作者：
J. Rösler
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
N. Rösemann;K. Ortner;J. Petersen;M. Bäker;G. Bräuer;J. Rösler
这项工作研究了基材温度和施加的偏压对气流溅射 (GFS) 部分氧化钇稳定氧化锆涂层 (PSZ) 的微观结构和晶体学特性的影响。在 FeCrAlY 合金基材上，PSZ 涂层在基材温度 500 °C、650 °C 和 800 °C 下沉积，偏压高达 - 100 V，随后利用 SEM、FIB 和 XRD 进行分析。在没有偏置电压的情况下，所有涂层都是柱状的，由小的堆叠片晶组成，但它们的孔隙率和形态各不相同。较高的基底温度导致较高的吸附原子迁移率，从而降低孔隙率和沉积速率。对于所有微观结构，观察到柱的明显生长方向从<111>（500°C 和650°C）变化到<100>（800°C）。对于<111>形态，在整个柱中观察到间隔120°的三个脊。除了四方相/立方相之外，在两个较低的衬底温度下还发现了单斜晶相。负偏压的应用增强了成膜吸附原子的表面迁移率，并且可以由于原子位移、再溅射或沟道现象而导致致密化。高达 − 40 V 的中等偏压可产生更规则的柱和更低的孔隙率。对于高偏置电压（−100V），致密化效应似乎占主导地位，导致完全致密的涂层，残余应力高达−2.5GPa，并且没有优先晶粒取向，使得该偏置值不适合热障涂层。
This work investigates the influence of substrate temperature and applied bias voltage on the resulting microstructure and crystallographic properties of gas flow sputtered (GFS) partially yttria stabilized zirconia coatings (PSZ).On a FeCrAlY-alloy substrate PSZ coatings were deposited at substrate temperatures of 500 °C, 650 °C and 800 °C with bias voltages up to − 100 V and were subsequently analyzed utilizing SEM, FIB and XRD.Without bias voltage, all coatings were columnar and composed of small stacked platelets, but they varied in their porosity and morphology. Higher substrate temperatures lead to higher adatom mobility decreasing the porosity and the deposition rate. For all microstructures a distinct growth direction of the columns is observed changing from <111> (500 °C and 650 °C) to <100> (800 °C). For the <111> morphology, three ridges at intervals of 120° are observed throughout the whole column. In addition to the tetragonal/cubic phase, monoclinic fractions are found at the two lower substrate temperatures.The application of a negative bias voltage enhances the surface mobility of the film-forming adatoms and can cause densification due to atom displacements, resputtering or channeling phenomena. Moderate bias voltages up to − 40 V result in more regular columns and a lower porosity. For high bias voltages (− 100 V), the densification effects seem to dominate leading to fully dense coatings with residual stresses up to − 2.5 GPa and no preferential grain orientation, rendering this bias value unsuitable for thermal barrier coatings.
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影响因子：
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