【摘要】：熱障涂層作為先進的隔熱陶瓷涂層極大地提升了航空發(fā)動機的工作溫度,進而提高了發(fā)動機的性能與熱效率。但是熱障涂層在高溫服役過程中,苛刻的工作環(huán)境可致其發(fā)生氧化、沖蝕、腐蝕及粘結(jié)層與基底間元素互擴散等失效問題,最終促使涂層剝落。其中,粘結(jié)層與基底間的元素互擴散會導(dǎo)致界面處形成柯肯達爾孔洞與互擴散區(qū),基底生成的拓撲密堆相會誘發(fā)產(chǎn)生二次反應(yīng)區(qū),從而造成界面及基底力學(xué)性能的下降。但是當(dāng)前對于熱障涂層粘結(jié)層與基底的元素互擴散研究并不透徹,因此本文在材料熱力學(xué)與動力學(xué)的基礎(chǔ)上利用相場理論建立了粘結(jié)層與基底間的元素互擴散模型模擬元素的擴散,同時采用微觀結(jié)構(gòu)表征手段開展了粘結(jié)層與基底元素互擴散的實驗研究。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)根據(jù)CALPHAD相圖熱力學(xué)計算了Ni-Al-Cr三元合金中γ相與β相的吉布斯自由能及其在1100oC下的等溫截面相圖,進一步,根據(jù)等溫相圖與粘結(jié)層和基底的初始成分確立了相結(jié)構(gòu)的初始擴散偶。基于原子動力學(xué)理論計算了γ相與β相中各元素的原子遷移率,并將其轉(zhuǎn)化為了相場模型中的化學(xué)遷移率,為元素互擴散的相場理論分析提供了參數(shù)。(2)從相圖熱力學(xué)與原子動力學(xué)出發(fā),利用相場理論建立了熱障涂層粘結(jié)層與基底的元素互擴散模型,根據(jù)相關(guān)文獻選取了模型參數(shù),推得元素擴散以及相演化的控制方程,從而得到了Al,Cr元素在1100oC下隨時間的分布規(guī)律及微觀相結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律。模擬結(jié)果表明Al和Cr元素均從粘結(jié)層擴散至基底,Al元素含量變化不如Cr元素明顯,且隨著擴散時間延長,元素擴散速率在逐漸降低,此外,粘結(jié)層由于Al元素含量的減少而導(dǎo)致發(fā)生了β→γ相變。(3)開展了熱障涂層NiCrAlY粘結(jié)層與DD6高溫單晶基底間元素互擴散的實驗研究。通過SEM、DES和XRD等微觀表征手段研究了不同擴散時間下元素的分布規(guī)律及粘結(jié)層和基底的微觀結(jié)構(gòu)演變。實驗結(jié)果表明試Al和Cr元素均從粘結(jié)層擴散至基底,并在粘結(jié)層與基底界面形成互擴散區(qū),且伴有大量的拓撲密堆相生成,拓撲密堆相與基質(zhì)相共同形成了二次反應(yīng)區(qū)。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TG174.4;V231
【圖文】：

湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文葉片冷卻技術(shù)并重的高性能航空發(fā)動機高壓渦輪葉片的三大關(guān)鍵技術(shù)熱障涂層概述1 熱障涂層的概念與結(jié)構(gòu)熱障涂層技術(shù)是指將具有隔熱效果的陶瓷材料通過噴涂工藝沉積到面，使其具有抗氧化、抗腐蝕效果、并能降低發(fā)動機工作溫度的一種。熱障涂層使得表面陶瓷層與基底間形成高達 300oC 的溫度梯度，而底則能表現(xiàn)出更好的抗熱疲勞損傷特性。經(jīng)過不斷的發(fā)展與改進，熱障涂層系統(tǒng)已演變成為多層結(jié)構(gòu)材料，如，熱障涂層主要包括以下四層結(jié)構(gòu)[6]：氣冷薄層

械強度[9]。鎳基高溫合金的微觀結(jié)構(gòu)主要包括主相γ以及強化障涂層粘結(jié)層的制備工藝不斷的發(fā)展與改進，制備粘結(jié)層的方法也越來越多，目前比較括：等離子噴涂法(Plasma spray，PS)，高速氧燃料噴涂法(H法等。子噴涂法：等離子噴涂法又包括兩類，真空等離子噴涂ray，VPS)和大氣等離子噴涂法(Air plasma spray，APS)。等離用于制備粘結(jié)層，此方法的噴涂過程對合金基底的影響較小，熔材料的涂層。但同時涂層中也存在微裂紋夾雜、表面粗糙度陷，在這個過程中從而導(dǎo)致其耐腐蝕性能和抗震性能差[10]。等用等離子體焰流將噴涂材料加熱達到熔化或半熔化狀態(tài)[11]，然的顆粒撞擊在基底上，顆粒被氣流推動加速向前噴射在基底使，最終形成波浪式的層狀組織薄片，原理如圖 1.2 所示。該技較低、生產(chǎn)效率高和適用面廣等特點，已成為制備粘結(jié)層的等離子氣體+電流

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本文編號：2734967