在氧化環(huán)境中,納米晶結(jié)構(gòu)可促進高溫合金的選擇性氧化,提高氧化膜的粘附性,受到材料腐蝕領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。納米晶高溫防護涂層的成分與合金基體一致,涂層一基體互擴散趨勢低,對基體影響小,而且其強度高于MCrAlY和NiPtAl涂層,不容易形成涂層表面褶皺（Rumpling）。這兩個特點對服役溫度為1050 ℃或更高的二代及更高級的單晶鎳基高溫合金渦輪葉片表面熱障涂層來說是難得的優(yōu)點。原因是現(xiàn)役的熱障涂層主要采用NiPtAl粘結(jié)層/YSZ面層體系,難以克服粘結(jié)層對基材力學性能影響的問題。因此,本文以廣泛使用的二代單晶鎳基高溫合金N5為基體材料,研究了納米晶涂層的制備、成分和結(jié)構(gòu)設計對其高溫氧化機制的影響,取得了如下結(jié)果:研究了N5單晶高溫合金表面噴砂、拋光和磨削對磁控濺射N5納米晶涂層的循環(huán)氧化行為的影響。合金基體的表面處理會影響納米晶涂層的沉積過程,導致涂層的柱狀晶尺寸發(fā)生了明顯的變化,進而影響涂層的氧化行為。沉積在噴砂基體表面的納米晶涂層的柱狀晶結(jié)構(gòu)是非常不均勻的,某些位置的柱狀晶的尺寸甚至達到了微米級別。1050 ℃循環(huán)氧化300次后,涂層表面發(fā)生了明顯褶皺;沉積在拋光和磨削的基體合金上的... 

【文章來源】：中國科學技術(shù)大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：110 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 高溫防護涂層的發(fā)展
        1.2.1 鋁化物涂層
        1.2.2 改性的鋁化物涂層
        1.2.3 MCrAlY包覆涂層
        1.2.4 熱障涂層
    1.3 高溫防護涂層亟需解決的問題
        1.3.1 涂層表面褶皺(Rumpling)
        1.3.2 高溫防護涂層與高溫合金的元素互擴散
    1.4 納米晶涂層
        1.4.1 納米晶涂層改善抗氧化性的機理
        1.4.2 N5納米晶涂層
    1.5 研究目的與內(nèi)容
        1.5.1 研究目的
        1.5.2 研究內(nèi)容
第2章 實驗材料及分析方法
    2.1 樣品制備
        2.1.1 基體材料
        2.1.2 納米晶涂層的制備
        2.1.3 NiCrAlY涂層的制備
    2.2 性能測試
        2.2.1 恒溫氧化
        2.2.2 循環(huán)氧化
        2.2.3 850℃75wt%6Na_2SO_4+25wt%K_2SO_4熱腐蝕
    2.3 分析測試技術(shù)
        2.3.1 X射線衍射技術(shù)(XRD)
        2.3.2 掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.3.3 X射線能譜儀(EDS)
        2.3.4 透射電子顯微鏡(TEM)
        2.3.5 表面輪廓儀
        2.3.6 原子力顯微鏡(AFM)
第3章 基體表面預處理對N5納米晶涂層循環(huán)氧化行為的影響
    3.1 引言
    3.2 N5單晶合金的表面預處理
    3.3 納米晶涂層的形貌特征
    3.4 循環(huán)氧化行為
        3.4.1 循環(huán)氧化動力學
        3.4.2 氧化產(chǎn)物及形貌
        3.4.3 表面粗糙度
    3.5 討論
        3.5.1 基體表面預處理對N5納米晶涂層結(jié)構(gòu)的影響
        3.5.2 基體表面預處理對納米晶涂層褶皺的影響
        3.5.3 基體表面預處理對N5納米晶涂層氧化膜剝落方式的影響
    3.6 結(jié)論
第4章 Ta、Y和Al對N5納米晶涂層氧化行為的影響
    4.1 引言
    4.2 納米晶涂層的形貌
    4.3 1050℃氧化行為
        4.3.1 氧化動力學
        4.3.2 氧化產(chǎn)物及形貌
    4.4 1150℃氧化行為
        4.4.1 氧化動力學
        4.4.2 氧化產(chǎn)物及形貌
    4.5 討論
        4.5.1 Ta的遷移
        4.5.2 Y對Ta遷移的影響
        4.5.3 Al對Ta遷移的影響
    4.6 結(jié)論
第5章 納米晶/NiCrAlY涂層的設計、制備和高溫氧化行為
    5.1 引言
    5.2 納米晶/NiCrAlY涂層的形貌
    5.3 1050℃恒溫氧化行為
        5.3.1 氧化動力學
        5.3.2 氧化形貌
    5.4 1050℃循環(huán)氧化行為
        5.4.1 循環(huán)氧化動力學
        5.4.2 氧化形貌
    5.5 850℃75wt%Na_2SO_4+25wt%K_2SO_4腐蝕行為
        5.5.1 腐蝕動力學
        5.5.2 腐蝕形貌
    5.6 討論
        5.6.1 元素互擴散
        5.6.2 氧化膜剝落
        5.6.3 75wt%Na_2SO_4+25wt%K_2SO_4腐蝕性能
    5.7 結(jié)論
第6章 涂層比列對納米晶/NiCrAlY涂層氧化行為的影響
    6.1 引言
    6.2 三種納米晶/NiCrAlY涂層的形貌
    6.3 1050℃恒溫氧化行為
        6.3.1 氧化動力學
        6.3.2 氧化產(chǎn)物及形貌
    6.4 1050℃循環(huán)氧化行為
        6.4.1 循環(huán)氧化動力學
        6.4.2 氧化形貌
    6.5 討論
        6.5.1 氧化膜
        6.5.2 納米晶/NiCrAlY涂層的成分均勻化
        6.5.3 TCP相的析出
    6.6 結(jié)論
第7章 總結(jié)論
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學術(shù)論文與取得的其他研究成果



本文編號：3200836