Al-Ti-YSZ熱障涂層制備及其抗CMAS腐蝕機理研究
發(fā)布時間：2021-08-27 05:01
熱障涂層廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機熱端部件,降低基底表面溫度,從而延長器件壽命、降低燃油消耗以提高發(fā)動機效率。然而航空發(fā)動機在服役過程中,不可避免的攝入空氣中的鈣鎂鋁硅氧化物顆粒（CMAS）,這些顆粒在高溫下熔融附著在熱障涂層表面,并沿孔隙和微裂紋等滲入涂層內(nèi)部,導致涂層的成分、結(jié)構(gòu)和性能等退化,最終涂層剝落失效。目前應(yīng)用最廣泛的7YSZ熱障涂層材料極易遭到CMAS的腐蝕破壞,因此,有必要研究如何提高熱障涂層抗CMAS腐蝕能力,同時不損害涂層本身其他優(yōu)異性能。基于此,本文通過Al2O3和TiO2對YSZ自身進行改性,對涂層成分設(shè)計、力學性能和抗CMAS腐蝕機理進行系統(tǒng)的研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:（1）設(shè)計添加不同Al2O3和TiO2含量的YSZ涂層材料成分,研究材料的相組成、CMAS高溫腐蝕情況以及改性前后材料的熱學性能。結(jié)果表明,CMAS腐蝕破壞造成7YSZ微觀結(jié)構(gòu)分層,并發(fā)生t-m相變。通過Al2O3和TiO<...
【文章來源】：湘潭大學湖南省
【文章頁數(shù)】：76 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
典型熱障涂層體系的結(jié)構(gòu)示意圖
圖 1.2 氧化釔-氧化鋯相圖[19]中可以看出，當 Y2O3含量較低的時候，YSZ 在降溫變，這對于涂層的安全應(yīng)用是不利的；但是 Y2O3的存在，c 相 ZrO2的斷裂韌性比 t 相 ZrO2低得多，在裂，引起事故[20]。目前應(yīng)用的 7YSZ 材料在涂層的卻速度，這時 YSZ 形成一種新的非轉(zhuǎn)變型四方 t′相達到 1200°C 時也能夠保持相穩(wěn)定，不會發(fā)生相轉(zhuǎn)變 7YSZ 涂層的熱導率在服役過程中隨溫度的變化很。然而，YSZ 涂層在更高溫度使用時，展現(xiàn)出了一層在高溫下容易發(fā)生燒結(jié)現(xiàn)象，這將導致涂層的楊這將造成涂層的應(yīng)變?nèi)菹藿档秃透魺嵝Ч档停绊�，找尋新的替�?YSZ 作為熱障涂層的材料成為了研戰(zhàn)。目前，文獻報道部分稀土氧化物有望成為新一代多數(shù)熱導率較 YSZ 低，熱穩(wěn)定性比 YSZ 好，能夠在
APS)、電子束物理氣相沉積(Electron Beam Physical Vapor Deposition: EB-PVD)、爆炸噴涂、化學氣相沉積、超音速火焰噴涂、等離子噴涂-物理氣相沉積、懸浮液等離子噴涂等[12]。大氣等離子噴涂和電子束物理氣相沉積方法是目前制備熱障涂層最常用的方法，下面將詳細介紹：大氣等離子噴涂由于其操作簡單、工業(yè)成本較低等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于熱障涂層的制備。APS 涂層制備過程如圖 1.3(a)所示[27]。等離子噴涂是利用等離子將陶瓷粉末加熱到融化或者半融化狀態(tài)后，隨高速焰流噴涂到材料表面，形成板條狀結(jié)構(gòu)的熱障涂層[27]�？刂频入x子噴涂工藝參數(shù)可以實現(xiàn)對涂層性能的控制，APS涂層微觀結(jié)構(gòu)如圖 1.3(b)所示，APS 涂層具有多孔、板條狀結(jié)構(gòu)，并且板條與板條之間的微裂紋清晰可見。APS 方法制備的涂層熱導率低，這主要是依賴于涂層的高孔隙率和層狀結(jié)構(gòu)[28]。APS 制備的涂層也有一定的缺陷，如應(yīng)變?nèi)菹薜�，容易受到�(jīng)_蝕破壞，板條邊界低的韌性容易成為裂紋萌生位置[29]。此外，APS涂層沒有化學鍵合到粘結(jié)層上，并且制備前表面通常采用粗糙化處理以增加粘結(jié)性能，這可能導致額外的失效可能性[30]。因此，優(yōu)化 APS 涂層性能還有待進一步研究。(b)(a)
【參考文獻】：
期刊論文
[1]渦輪葉片先進氣膜冷卻與相關(guān)激光打孔技術(shù)進展[J]. 張文武,郭春海,張?zhí)鞚?王斌,陶俊,焦俊科. 航空制造技術(shù). 2016(22)
[2]熱障涂層力學性能的實驗測試方法研究進展[J]. 朱建國,謝惠民,劉戰(zhàn)偉. 力學學報. 2013(01)
[3]熱障涂層的破壞機理與壽命預測[J]. 周益春,劉奇星,楊麗,吳多錦,毛衛(wèi)國. 固體力學學報. 2010(05)
[4]先進航空發(fā)動機熱障涂層技術(shù)研究進展[J]. 郭洪波,宮聲凱,徐惠彬. 中國材料進展. 2009(Z2)
[5]熱障涂層技術(shù)在航空發(fā)動機上的應(yīng)用與發(fā)展[J]. 牟仁德,陸峰,何利民,賀世美,黃光宏. 熱噴涂技術(shù). 2009(01)
[6]熱障涂層在航空發(fā)動機渦輪葉片上的應(yīng)用[J]. 文生瓊,何愛杰,王皓. 燃氣渦輪試驗與研究. 2009(01)
[7]航空發(fā)動機熱障涂層材料體系的研究[J]. 徐惠彬,宮聲凱,劉福順. 航空學報. 2000(01)
博士論文
[1]薄膜材料鼓包裝置的研制及力學性能表征[D]. 王子菡.湘潭大學 2012
本文編號：3365703
【文章來源】：湘潭大學湖南省
【文章頁數(shù)】：76 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
典型熱障涂層體系的結(jié)構(gòu)示意圖
圖 1.2 氧化釔-氧化鋯相圖[19]中可以看出，當 Y2O3含量較低的時候，YSZ 在降溫變，這對于涂層的安全應(yīng)用是不利的；但是 Y2O3的存在，c 相 ZrO2的斷裂韌性比 t 相 ZrO2低得多，在裂，引起事故[20]。目前應(yīng)用的 7YSZ 材料在涂層的卻速度，這時 YSZ 形成一種新的非轉(zhuǎn)變型四方 t′相達到 1200°C 時也能夠保持相穩(wěn)定，不會發(fā)生相轉(zhuǎn)變 7YSZ 涂層的熱導率在服役過程中隨溫度的變化很。然而，YSZ 涂層在更高溫度使用時，展現(xiàn)出了一層在高溫下容易發(fā)生燒結(jié)現(xiàn)象，這將導致涂層的楊這將造成涂層的應(yīng)變?nèi)菹藿档秃透魺嵝Ч档停绊�，找尋新的替�?YSZ 作為熱障涂層的材料成為了研戰(zhàn)。目前，文獻報道部分稀土氧化物有望成為新一代多數(shù)熱導率較 YSZ 低，熱穩(wěn)定性比 YSZ 好，能夠在
APS)、電子束物理氣相沉積(Electron Beam Physical Vapor Deposition: EB-PVD)、爆炸噴涂、化學氣相沉積、超音速火焰噴涂、等離子噴涂-物理氣相沉積、懸浮液等離子噴涂等[12]。大氣等離子噴涂和電子束物理氣相沉積方法是目前制備熱障涂層最常用的方法，下面將詳細介紹：大氣等離子噴涂由于其操作簡單、工業(yè)成本較低等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于熱障涂層的制備。APS 涂層制備過程如圖 1.3(a)所示[27]。等離子噴涂是利用等離子將陶瓷粉末加熱到融化或者半融化狀態(tài)后，隨高速焰流噴涂到材料表面，形成板條狀結(jié)構(gòu)的熱障涂層[27]�？刂频入x子噴涂工藝參數(shù)可以實現(xiàn)對涂層性能的控制，APS涂層微觀結(jié)構(gòu)如圖 1.3(b)所示，APS 涂層具有多孔、板條狀結(jié)構(gòu)，并且板條與板條之間的微裂紋清晰可見。APS 方法制備的涂層熱導率低，這主要是依賴于涂層的高孔隙率和層狀結(jié)構(gòu)[28]。APS 制備的涂層也有一定的缺陷，如應(yīng)變?nèi)菹薜�，容易受到�(jīng)_蝕破壞，板條邊界低的韌性容易成為裂紋萌生位置[29]。此外，APS涂層沒有化學鍵合到粘結(jié)層上，并且制備前表面通常采用粗糙化處理以增加粘結(jié)性能，這可能導致額外的失效可能性[30]。因此，優(yōu)化 APS 涂層性能還有待進一步研究。(b)(a)
【參考文獻】：
期刊論文
[1]渦輪葉片先進氣膜冷卻與相關(guān)激光打孔技術(shù)進展[J]. 張文武,郭春海,張?zhí)鞚?王斌,陶俊,焦俊科. 航空制造技術(shù). 2016(22)
[2]熱障涂層力學性能的實驗測試方法研究進展[J]. 朱建國,謝惠民,劉戰(zhàn)偉. 力學學報. 2013(01)
[3]熱障涂層的破壞機理與壽命預測[J]. 周益春,劉奇星,楊麗,吳多錦,毛衛(wèi)國. 固體力學學報. 2010(05)
[4]先進航空發(fā)動機熱障涂層技術(shù)研究進展[J]. 郭洪波,宮聲凱,徐惠彬. 中國材料進展. 2009(Z2)
[5]熱障涂層技術(shù)在航空發(fā)動機上的應(yīng)用與發(fā)展[J]. 牟仁德,陸峰,何利民,賀世美,黃光宏. 熱噴涂技術(shù). 2009(01)
[6]熱障涂層在航空發(fā)動機渦輪葉片上的應(yīng)用[J]. 文生瓊,何愛杰,王皓. 燃氣渦輪試驗與研究. 2009(01)
[7]航空發(fā)動機熱障涂層材料體系的研究[J]. 徐惠彬,宮聲凱,劉福順. 航空學報. 2000(01)
博士論文
[1]薄膜材料鼓包裝置的研制及力學性能表征[D]. 王子菡.湘潭大學 2012
本文編號：3365703
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/jiagonggongyi/3365703.html
最近更新
教材專著
