熱障涂層被廣泛地應(yīng)用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上,可以提高合金使用溫度,起到延長(zhǎng)熱端部件使用壽命、提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率的作用。在長(zhǎng)期高溫服役環(huán)境下,熱障涂層不可避免會(huì)發(fā)生失效,陶瓷層由于高溫退火各方面性能會(huì)發(fā)生明顯變化,尤其是作為熱障涂層最重要的隔熱性能和耐應(yīng)變性能明顯降低。陶瓷層和粘結(jié)層的界面處由于高溫氧化非保護(hù)性氧化物的生長(zhǎng)內(nèi)應(yīng)力大大增加,從而導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生和陶瓷層的剝落。材料的性能取決于材料的組成和微觀結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步理解熱障涂層高溫失效機(jī)制,對(duì)涂層高溫下微觀結(jié)構(gòu)演變的研究十分必要。本文采用XRD、SEM、TEM等表征方法對(duì)大氣等離子噴涂的熱障涂層原始樣品和高溫退火樣品的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,重點(diǎn)關(guān)注了高溫下陶瓷層結(jié)構(gòu)的演變和陶瓷層與粘結(jié)層的界面氧化。主要研究結(jié)果如下:第一、采用XRD、SEM、TEM對(duì)退火前后樣品的陶瓷層的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,結(jié)果表明,高溫退火后陶瓷層基本沒(méi)有發(fā)生相變。隨退火時(shí)間延長(zhǎng),陶瓷片層內(nèi)柱狀晶的生長(zhǎng)使晶粒間形成燒結(jié)頸,層內(nèi)空隙愈合,層間空隙發(fā)展為一排孔洞,長(zhǎng)時(shí)間退火后,陶瓷層的片層結(jié)構(gòu)和柱狀晶結(jié)構(gòu)消失。另外,對(duì)APS YSZ陶瓷層高溫退火后沒(méi)有觀察到“白點(diǎn)”狀孔洞現(xiàn)象的原因進(jìn)行了分析。第二、采用XRD、SEM、TEM對(duì)退火前后樣品陶瓷層與粘結(jié)層界面處的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)致地表征,發(fā)現(xiàn)隨氧化時(shí)間延長(zhǎng),界面處局部區(qū)域的TGO由兩層結(jié)構(gòu)(上層主要為富Y的氧化物,下層主要為A1203)發(fā)展為三層結(jié)構(gòu)(下層為主要為晶粒較大的A12O3層,中層為細(xì)晶的Y3A15012層,上層為多孔的NiCr2O4層),再到四層結(jié)構(gòu)(從內(nèi)到外依次主要為A1203、Y3A15O12層、NiCr2O4層、NiO層)。對(duì)本實(shí)驗(yàn)中高溫氧化后陶瓷層和粘結(jié)層界面處TGO的結(jié)構(gòu)層次進(jìn)行了討論,并提出了 APS熱障涂層中TGO的形成機(jī)理,建立了氧化機(jī)理模型,分析了 Y對(duì)APS熱障涂層中YSZ/NiCrAlY界面氧化的影響。
【學(xué)位單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG174.4
【部分圖文】：

１．２熱障涂層簡(jiǎn)介??１．２．１熱障涂層的結(jié)構(gòu)與材料??熱障涂層主要有雙層結(jié)構(gòu)涂層，功能梯度涂層，復(fù)合涂層等幾種結(jié)構(gòu)，雙??層結(jié)構(gòu)涂層的表層為１〇〇－４００嘩厚的疏松多孔的陶瓷層，主要作用是隔熱、抗??腐蝕和沖蝕。底層為１００ｐｍ左右厚的金屬粘結(jié)層，主要作用是粘結(jié)陶瓷層和合??金基底以及抗高溫氧化。雙層涂層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，制備方便，隔熱能力強(qiáng)，但由??于該涂層陶瓷和金屬熱物理性能相差較大，在使用過(guò)程中容易脫落，因此，其??抗熱震性能還有待提尚。??功能梯度涂層由于材料成分沿厚度方向從基體到表面是連續(xù)梯度變化的，??其力學(xué)特征和物理參數(shù)是連續(xù)過(guò)渡的，實(shí)現(xiàn)了陶瓷層與高溫合金的最佳性能匹??配。因此，能有效緩解陶瓷層和合金基底之間的熱應(yīng)力。在實(shí)際應(yīng)用中，一般??采用成分具有梯度變化的多層結(jié)構(gòu)。但功能梯度涂層的制備工藝復(fù)雜，成本較??高，使得功能梯度涂層在發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件上的應(yīng)用受到限制。??

１９４０?１９５０?１９６０?１９７０?１９８０?１９９０?２０００?２０１０?２０２０??年份??圖１－１不同材料動(dòng)葉片使用溫度極限的發(fā)展過(guò)程［１１］??１．２熱障涂層簡(jiǎn)介??１．２．１熱障涂層的結(jié)構(gòu)與材料??熱障涂層主要有雙層結(jié)構(gòu)涂層，功能梯度涂層，復(fù)合涂層等幾種結(jié)構(gòu)，雙??層結(jié)構(gòu)涂層的表層為１〇〇－４００嘩厚的疏松多孔的陶瓷層，主要作用是隔熱、抗??腐蝕和沖蝕。底層為１００ｐｍ左右厚的金屬粘結(jié)層，主要作用是粘結(jié)陶瓷層和合??金基底以及抗高溫氧化。雙層涂層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，制備方便，隔熱能力強(qiáng)，但由??于該涂層陶瓷和金屬熱物理性能相差較大，在使用過(guò)程中容易脫落，因此，其??抗熱震性能還有待提尚。??功能梯度涂層由于材料成分沿厚度方向從基體到表面是連續(xù)梯度變化的，??其力學(xué)特征和物理參數(shù)是連續(xù)過(guò)渡的，實(shí)現(xiàn)了陶瓷層與高溫合金的最佳性能匹??配。因此

圖１－３等離子噴涂法原理及典型的涂層斷面形貌［３５，３６］。??等離子噴涂法是一種熱噴涂技術(shù)，也是最早用于制備熱障涂層的一種方法，??其工作原理和涂層的典型形貌如圖１－３所示。將氬氣、氮?dú)夂蜌錃馑腿氲诫姌O??４??
【參考文獻(xiàn)】

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