【摘要】：熱障涂層是一種應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片零部件上的多層系統(tǒng),其目的在于提高渦輪葉片的高溫性能及服役時間。傳統(tǒng)的熱障涂層通常為8wt%Y_2O_3穩(wěn)定的ZrO_2陶瓷層及MCrAlY粘結(jié)層組成的復(fù)合涂層。其中陶瓷層起到隔熱作用,而粘結(jié)層的作用在于緩和陶瓷層與基體之間的熱膨脹不匹配性。然而隨著航空發(fā)動機(jī)的發(fā)展,渦輪進(jìn)氣溫度進(jìn)一步提高,傳統(tǒng)熱障涂層已不能滿足現(xiàn)階段航空發(fā)動機(jī)的要求,因而開發(fā)新一代熱障涂層體系迫在眉睫。本文針對熱障涂層的熱震性及粘結(jié)層高溫氧化性兩大性能開展研究。其一,應(yīng)用激光熔覆的方法分別在GH586基體上制備了四種HfH_2(0-3xwt%)-CoCrAlYSi涂層,并應(yīng)用掃描電鏡(SEM)、金相顯微鏡、X射線衍射分析(XRD)和EDS等技術(shù)研究分析了四種涂層1100℃下的高溫氧化情況;其二,應(yīng)用激光熔覆及等離子噴涂的復(fù)合方法分別在GH586基體上制備了HfH_2(0-3xwt%)-CoCrAlYSi/8YSZ熱障涂層,同時研究分析了四種涂層1100℃下的高溫?zé)嵴鹎闆r。主要研究成果如下:(1)本文采用激光熔覆的方法在GH586鎳基高溫合金上制備了四種HfH_2(0-3xwt%)-CoCrAlYSi涂層,其表面組織形貌均為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),且截面組織分為明顯的三層,表層為飛機(jī)晶組織、過渡層為柱狀枝晶組織、涂層與基體之間形成等軸晶組織;(2)CoCrAlYSi涂層中HfH_2的添加可有效提高涂層1100℃高溫氧化產(chǎn)物的致密度及抑制CoCr_2O_4等尖晶石氧化物的生成。然而該涂層中的HfH_2含量不能超過3xwt%,否則涂層高溫氧化產(chǎn)物之間的致密度會變差;(3)CoCrAlYSi涂層中HfH_2的添加對提高涂層抗高溫氧化性能具有顯著的影響,主要表現(xiàn)在抑制表面氧化膜的快速生長,避免氧化膜過厚,同時釘狀氧化物的生成增加了氧化膜與涂層之間的粘附性。然而涂層中HfH_2的含量不能過高,否則涂層的抗高溫氧化性能反而會降低,如3xwt%HfH_2-CoCrAlYSi的涂層;(4)CoCrAlYSi/8YSZ熱障涂層中HfH_2的添加可有效提高其1100℃抗高溫?zé)嵴鹦阅?相比于單一的CoCrAlYSi/8YSZ熱障涂層而言,2xwt%HfH_2-CoCrAlYSi/8YSZ熱障涂層的高溫?zé)嵴鸫螖?shù)可達(dá)到79次。然而當(dāng)HfH_2的含量為3xwt%,其熱震性能反而降低了;(5)四種HfH_2-CoCrAlYSi/8YSZ熱障涂層1100℃高溫?zé)嵴鹗Ш?其涂層剝落區(qū)域明顯不同。其中,CoCrAlYSi/8YSZ涂層熱震失效后,其TC/TGO和TGO/BC層之間均出現(xiàn)明顯的開裂現(xiàn)象;xwt%HfH_2-CoCrAlYSi/8YSZ熱障涂層高溫?zé)嵴鹗Ш?只在TC與TGO層之間發(fā)現(xiàn)明顯的開裂現(xiàn)象;2xwt%HfH_2-CoCrAlYSi/8YSZ熱障涂層高溫?zé)嵴鹗Ш?開裂區(qū)域發(fā)生在陶瓷層內(nèi)部;3xwt%HfH_2-CoCrAlYSi/8YSZ熱障涂層高溫?zé)嵴鹗Ш?TC/TGO及TGO層內(nèi)部發(fā)生了明顯的開裂現(xiàn)象。
【圖文】：

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章 緒論(Thermal barrier coating)，簡稱 TBC。由于其優(yōu)異的隔發(fā)動機(jī)渦輪葉片零部件上。傳統(tǒng)的熱障涂層一般包括如圖 1.1 所示[1]。在熱障涂層服役過程中，受粘結(jié)層層與粘結(jié)層的結(jié)合處會生成一層氧化物，一般稱之為，粘結(jié)層主要分為 PtAl 擴(kuò)散涂層和 MCrAlY(M=Ni,C陶瓷層材料一般選用 8wt%Y2O3穩(wěn)定的 ZrO2。

且其與基體之間的結(jié)合較好；反之，，若基體材料對熔覆材料的稀釋率過低的熔覆層表面一般會出現(xiàn)球狀雜質(zhì)，且此時的熔覆層與基體之間的結(jié)合力研究表明，稀釋率與激光功率呈正比而與掃描速度呈反比關(guān)系之。因此，熔覆過程中，激光功率在保證粉末及部分基體熔化的前提下應(yīng)盡可能的低保證基體與涂層之間能達(dá)到冶金結(jié)合的前提下，基體材料對熔覆層材料的應(yīng)盡可能的低。多道搭接激光熔覆過程中，搭接率對熔覆層的質(zhì)量影響很大[24]。實驗研究5]：在多道激光熔覆過程中，熔覆層搭接帶的裂紋敏感性顯著增大，若是第覆層中產(chǎn)生橫向裂紋，這道裂紋就會迅速地橫向傳遞，穿過前一道熔覆層為在激光熔覆過程中，熔覆層中產(chǎn)生了很大的殘余拉應(yīng)力，這些拉應(yīng)力在接的過程中會疊加而使局部總應(yīng)力值迅速增大。同時，多道搭接會導(dǎo)致激層的脆性增大、裂紋敏感度增大[26][27]。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V263

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2683205