本文選題：輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料 + 激光熔覆�。� 參考：《大連理工大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：鈦合金和SiC纖維復(fù)合材料以其低密度、高比強(qiáng)、耐高溫等優(yōu)異性能而廣泛應(yīng)用于高超聲速飛行器熱端部件,但隨著高超聲速飛行器飛行速度的不斷提升使得高溫?zé)岫瞬考姆蹢l件面臨更加嚴(yán)苛的要求。為改善鈦合金在極高溫度下使用抗高溫氧化性能不足和SiC纖維復(fù)合材料換熱系數(shù)低極高溫度下易燒損的情形,通過(guò)在鈦合金和SiC纖維復(fù)合材料表面制備具有可耐極高溫度和隔熱性能的涂層將具備重要的工程價(jià)值。本文利用激光熔覆技術(shù)在TC4鈦合金表面制備了不同Ti添加量的Nb-Al-Ti高溫合金涂層。利用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、電子探針等現(xiàn)代微觀檢測(cè)技術(shù)以及顯微硬度計(jì)、熱重分析儀等性能檢測(cè)設(shè)備,系統(tǒng)分析了Ti添加量對(duì)涂層微觀組織及性能的影響規(guī)律。同時(shí)利用等離子噴涂技術(shù)在SiC纖維復(fù)合材料表面制備了不同CeO2添加量的CeO2/Y2O3-ZrO2的隔熱涂層,并對(duì)涂層表面進(jìn)行了激光上釉處理。利用以上微觀分析技術(shù)及高級(jí)傅里葉紅外變換光譜儀、隔熱性能測(cè)試裝置等性能檢測(cè)設(shè)備,系統(tǒng)分析CeO2添加量對(duì)涂層組織形貌及性能的影響規(guī)律。鈮合金以其高熔點(diǎn)、低密度、高溫強(qiáng)度大等特點(diǎn),成為了替代鎳基、鈷基高溫合金及鋁系中間合金極有潛力的高溫結(jié)構(gòu)材料之一,且通過(guò)合金化的方法加入Ti、Al等元素顯著改善了鈮合金的抗高溫氧化性能。研究表明,隨著Ti添加量的增加合金涂層依次形成了β-(Nb,Ti)樹(shù)枝晶+枝晶間Nb3Al和β-(Nb,Ti)樹(shù)枝晶+枝晶間NbsAl+Nb1Al組織,且β-(Nb,Ti)樹(shù)枝晶的含量隨Ti添加量的增加逐漸降低,而Nb3Al的含量先增加后降低再增加,當(dāng)Ti添加量超過(guò)23.0 at.%時(shí),涂層中開(kāi)始出現(xiàn)Nb2Al相,并隨Ti添加量的增加而增加。當(dāng)Ti添加量達(dá)到37.0 at.%時(shí),Nb3Al的生長(zhǎng)形態(tài)發(fā)生了變化。合金涂層的顯微硬度隨著Ti添加量的增加逐漸增加,受金屬間化合物數(shù)量和微觀偏析等因素的影響,當(dāng)Ti添加量為23.0 at.%時(shí)涂層具有最佳的抗高溫氧化性能。(6%～8%Y203)-Zr02熱障涂層材料以低熱導(dǎo)率、高熱膨脹系數(shù)等性能廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域熱端部件,通過(guò)向涂層中加入不同含量的CeO2以期提升ZrO2高溫下的穩(wěn)定性進(jìn)而提升涂層服役溫度。結(jié)果表明,隨著CeO2添加量的增加,噴涂態(tài)涂層中四方相ZrO2的含量逐漸增加,涂層表面孔隙及微觀裂紋數(shù)量減少,致密度提高；經(jīng)激光上釉處理后消除了表面的孔洞和裂紋,表面呈現(xiàn)均勻平整的玻璃狀,且隨著CeO2添加量的增加表面柱狀晶的尺寸逐漸減小。通過(guò)隔熱性能試驗(yàn)表明,添加CeO2的涂層具有比傳統(tǒng)熱障涂層更好的隔熱性能,且隨著CeO2添加量的增加,涂層隔熱性能呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。
[Abstract]:Titanium alloy and sic fiber composites are widely used in the hot end parts of hypersonic aircraft due to their low density, high ratio, high temperature resistance and other excellent properties. However, with the increasing flight speed of hypersonic vehicles, the service conditions of the components at high temperature and hot end are facing more stringent requirements. In order to improve the low oxidation resistance of titanium alloy at very high temperature and the low heat transfer coefficient of sic fiber composites, the heat transfer coefficient of sic fiber composites is easy to burn at very high temperature. It is of great engineering value to prepare coatings on the surface of titanium alloy and sic fiber composites which can withstand extremely high temperature and heat insulation. In this paper, Nb-Al-Ti superalloy coatings with different amounts of Ti were prepared on the surface of TC4 titanium alloy by laser cladding technique. The effects of Ti addition on the microstructure and properties of coatings were systematically analyzed by means of X-ray diffractometer, scanning electron microscope, electron probe, microhardness tester and thermogravimetric analyzer. At the same time, the thermal insulation coating of CEO _ 2 / Y _ 2O _ 3-ZrO _ 2 with different amount of CEO _ 2 was prepared on sic fiber composite surface by plasma spraying technology, and the coating surface was glazed by laser. The effects of CeO2 addition on the microstructure and properties of the coatings were systematically analyzed by means of the above micro-analysis techniques, advanced Fourier transform spectrometer and thermal insulation testing equipment. Because of its high melting point, low density and high strength at high temperature, niobium alloy has become one of the most potential high-temperature structural materials instead of nickel base, cobalt base superalloy and aluminum master alloy. The oxidation resistance of niobium alloy was improved by alloying tial and other elements. The results show that the structure of Nb3Al and Nb1Al between dendritic dendrite and NbsAl Nb1Al among dendritic dendrites are formed with the increase of Ti content, and the content of NbsAl Nb1Al) dendritic grains decreases with the increase of Ti content, and the content of NbsAl Nb1Al in dendritic coatings decreases with the increase of Ti content, and the content of NbsAl Nb1Al in dendritic dendrites decreases with the increase of Ti content. However, the content of NB _ 3AL increased first and then decreased, and then increased. When Ti content exceeded 23.0 at.%, the NB _ 2AL phase began to appear in the coating and increased with the increase of Ti content. The growth morphology of NB _ 3AL was changed when Ti content reached 37.0 at.%. The microhardness of the alloy coating increases with the increase of Ti content, which is affected by the number of intermetallic compounds and microsegregation. When Ti content is 23. 0 at.%, the coating has the best oxidation resistance at high temperature. Y203-Zr02 thermal barrier coating material has been widely used in aerospace hot end parts with low thermal conductivity and high thermal expansion coefficient. By adding different amounts of CeO2 to the coating to improve the stability of ZrO _ 2 at high temperature and then to raise the service temperature of the coating. The results show that the content of tetragonal phase ZrO _ 2 in sprayed coating increases with the increase of CEO _ 2 content, the number of pores and micro-cracks on the coating surface decreases and the density increases, and the holes and cracks on the surface are eliminated after laser glazing. The surface is flat glass and the size of the columnar crystal decreases with the increase of CeO2 content. The results of thermal insulation test show that the coating with CeO2 has better thermal insulation performance than the traditional thermal barrier coating, and the thermal insulation performance of the coating increases with the increase of the amount of CeO2.
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG174.4

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本文編號(hào)：2000933