熱障涂層作為一種耐高溫、耐腐蝕的陶瓷防護(hù)材料,被廣泛應(yīng)用到航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫部件,用來(lái)改善發(fā)動(dòng)機(jī)的耐高溫性能進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的使用效率和使用壽命。剝落失效是制約熱障涂層在高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)安全應(yīng)用的重要瓶頸,界面氧化是導(dǎo)致熱障涂層剝落失效的第一大關(guān)鍵因素。在高溫服役環(huán)境中,由于熱障涂層界面氧化導(dǎo)致的TGO生長(zhǎng)是誘發(fā)涂層剝落失效的主要原因之一。因此,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)熱障涂層TGO的生長(zhǎng)規(guī)律對(duì)理解熱障涂層界面氧化失效至關(guān)重要。TGO的氧化生長(zhǎng)改變了涂層體系的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng),而目前由于對(duì)TGO的相關(guān)力學(xué)性能并不清楚,在分析涂層應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)的變化時(shí)不能有效的開(kāi)展。所以為了解決這一關(guān)鍵問(wèn)題,亟需對(duì)TGO的生長(zhǎng)規(guī)律,微觀形貌的演變規(guī)律以及TGO的力學(xué)性能進(jìn)行深入的研究�；诖�,本文的主要研究?jī)?nèi)容包括:1、不同制備工藝的涂層和高溫合金材料在高溫下TGO的生長(zhǎng)規(guī)律以及微觀形貌的分析。通過(guò)對(duì)不同材料氧化后的結(jié)果進(jìn)行分析,我們發(fā)現(xiàn)不同制備工藝的涂層以及高溫合金材料中,電子束物理氣相沉積技術(shù)制備的涂層具有最優(yōu)的抗氧化性能,Fe基合金材料的抗氧化性能最差,但是Fe基合金材料在高溫氧化過(guò)程表面生成的TGO均勻致密,不易剝落。2、采... 

【文章來(lái)源】：湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁(yè)數(shù)】：69 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

熱障涂層的主要結(jié)構(gòu)體系：(a)雙層結(jié)構(gòu)；(b)多層結(jié)構(gòu)；(c)梯度結(jié)構(gòu)

1.1 熱障涂層的主要結(jié)構(gòu)體系：(a) 雙層結(jié)構(gòu)；(b) 多層結(jié)構(gòu)；(c) 梯度結(jié)層結(jié)構(gòu)的熱障涂層制備簡(jiǎn)單、耐熱能力強(qiáng)，但由于各層材料之間熱、很大的差異(例如：熱膨脹系數(shù)，彈性模量)，所以在涂層經(jīng)歷過(guò)驟冷后會(huì)導(dǎo)致涂層內(nèi)部的應(yīng)力-應(yīng)變場(chǎng)分布有較大的差異，而多層結(jié)構(gòu)的熱好的緩解涂層內(nèi)部由于各層材料不同而導(dǎo)致的熱力學(xué)性能的不匹配，抗氧化及熱腐蝕能力；對(duì)于梯度結(jié)構(gòu)的熱障涂層而言，其相較于前兩優(yōu)勢(shì)是消除了層狀結(jié)構(gòu)間的明顯界面，使得涂層與基底間有一個(gè)很好，從而避免了熱膨脹系數(shù)、熱力學(xué)性能等不匹配造成的陶瓷層過(guò)早剝1.2 描述了雙層結(jié)構(gòu)的熱障涂層。合金基底氣冷陶瓷層粘結(jié)層

高溫環(huán)境下多孔介質(zhì)氧化鋯陶瓷涂層是氧氣的良導(dǎo)體，氧氣通過(guò)陶瓷層向粘散，與粘接層中的 Al 元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在陶瓷層與粘接層的界面處生成一長(zhǎng)氧化層(TGO)，其厚度一般在 1-10 μm 之間，TGO 具有致密、氧離子擴(kuò)散特點(diǎn)，進(jìn)而隔絕金屬和氧氣的接觸，阻止內(nèi)部金屬的進(jìn)一步氧化，對(duì)合金基抗氧化防護(hù)作用[14]。但是當(dāng)涂層長(zhǎng)時(shí)間處于高溫氧化氣氛中時(shí)，TGO 在熱動(dòng)驅(qū)動(dòng)下會(huì)向內(nèi)側(cè)生長(zhǎng)，變厚，如圖 1.3 所示。在 TGO 的生長(zhǎng)過(guò)程中，通常會(huì)原因引起失效：(1) 由于 Al 元素參與氧化反應(yīng)使得界面的 Al 元素被稀釋，低，此時(shí)粘接層中的 Ni、Cr 等元素進(jìn)一步氧化，形成大體積氧化物，如(Cr3、Ni(Cr，Al)2O4等，而在此處形成較大的應(yīng)力[15]；(2) TGO的主要成分是Al2O3是一種強(qiáng)度低、韌性差的材料，使得界面發(fā)生弱化，但是一層致密 TGO 的以有效減緩 BC 層的氧化，提高涂層的抗氧化性能；(3) 連續(xù)生長(zhǎng)的 TGO 中微孔洞和微裂紋，在受到較大的應(yīng)力時(shí)，這些微孔洞和微裂紋會(huì)成核、長(zhǎng)大，形成宏觀裂紋[16]。由此可見(jiàn)，TGO 在熱障涂層的應(yīng)用中是一把“雙刃劍”。用可以有效提高涂層的使用壽命，相反可能導(dǎo)致涂層壽命遠(yuǎn)低于其預(yù)期目標(biāo)，正確理解熱障涂層界面氧化機(jī)理就顯得尤為重要。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]X射線衍射技術(shù)測(cè)量殘余應(yīng)力在研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 耿紅霞,王連紅,李航飛.  實(shí)驗(yàn)室研究與探索. 2018(08)
[2]氧化鋁薄層板拉曼光譜特性研究[J]. 歐陽(yáng)雨,馮尚彩,李寶惠.  分析儀器. 2012(03)
[3]電子束物理氣相沉積YSZ熱障涂層熱循環(huán)性能[J]. 于海濤,宋希文,牟仁德.  航空發(fā)動(dòng)機(jī). 2010(06)
[4]熱障涂層的破壞機(jī)理與壽命預(yù)測(cè)[J]. 周益春,劉奇星,楊麗,吳多錦,毛衛(wèi)國(guó).  固體力學(xué)學(xué)報(bào). 2010(05)
[5]電子束物理氣相沉積熱障涂層技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 郭洪波,彭立全,宮聲凱,徐惠彬.  熱噴涂技術(shù). 2009(02)
[6]熱障涂層技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)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)
[7]脆性涂層/韌性基體材料在拉伸應(yīng)變作用下的開(kāi)裂行為[J]. 楊班權(quán),陳光南,張坤,羅耕星,肖京華.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2008(05)
[8]熱障涂層制備技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 牟仁德,何利民,陸峰,陶春虎.  機(jī)械工程材料. 2007(05)
[9]用納米壓痕法測(cè)量電沉積鎳鍍層的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系[J]. 黃勇力,章莎,趙冠湘,周益春,蔣艷平.  湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào). 2006(02)
[10]納米壓痕法測(cè)量電沉積鎳鍍層的殘余應(yīng)力[J]. 章莎,黃勇力,趙冠湘,周益春.  湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào). 2006(01)

博士論文
[1]PS-PVD羽—柱狀結(jié)構(gòu)7YSZ熱障涂層的制備與性能研究[D]. 陳文龍.廣東工業(yè)大學(xué) 2017
[2]納米壓痕法表征金屬薄膜材料的力學(xué)性能[D]. 馬增勝.湘潭大學(xué) 2011

碩士論文
[1]基于數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)熱障涂層高溫拉伸斷裂測(cè)試分析[D]. 張人發(fā).湘潭大學(xué) 2016
[2]用納米壓痕法表征薄膜的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系[D]. 黃勇力.湘潭大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3497473