氧化鋯熱障涂層失效機理研究
發(fā)布時間：2022-01-22 09:53
熱障涂層（TBCs）已被廣泛應(yīng)用于燃氣輪機的高溫部件表面,為高溫金屬部件提供熱防護,從而可以提高燃氣輪機的熱效率和推重比。近年來,納米氧化鋯（n-YSZ）TBCs受到了廣泛地關(guān)注,然而,n-YSZ在服役過程中會發(fā)生剝落失效,甚至在儲存過程中也會發(fā)生粉化失效,其失效機理有待進一步研究。此外,YSZ涂層的使用溫度不能超過1200℃,否則在熱循環(huán)過程中將發(fā)生相變及燒結(jié),導致涂層過早失效,因此急需發(fā)展新型的氧化鋯熱障涂層體系,提高其使用溫度。本文研究了等離子噴涂制備的n-YSZ涂層的熱循環(huán)性能、熔鹽腐蝕機理和降解行為,分析了n-YSZ涂層的失效機制。其次,又研究了新材料ZrO2-CeO2-TiO2體系,該體系在1300℃展現(xiàn)了良好的相穩(wěn)定性,具有潛在的應(yīng)用前景。通過不同噴涂功率制備的n-YSZ涂層是由熔融顆粒及半熔融或未熔融顆粒構(gòu)成的“雙態(tài)”結(jié)構(gòu)。低功率制備的涂層具有更高的孔隙率及納米區(qū)域含量,涂層具有較高的結(jié)合強度及更長的熱循環(huán)壽命。在1300℃熱處理后,涂層的孔隙率顯著下降,硬度明顯增大,這表明n-YSZ涂層已被燒結(jié)。熱處理...
【文章來源】：武漢理工大學湖北省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：166 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
燃氣輪機Fig.1.1Gasturbine
如圖 1.2 所示，通過逐步成分調(diào)控和改進加工工藝，渦輪葉片了幾代技術(shù)革新，使燃燒室的工作溫度提高了 300℃左右。當前最先進溫合金的長時間最高服役溫度在 1100℃左右，基本上停滯在 2010 年的。而當前先進發(fā)動機的渦輪前面進口溫度已經(jīng)超過 1500℃[5,6]，已經(jīng)遠葉片材料使用溫度的極限[7]。對渦輪葉片采用氣膜冷卻設(shè)計，循環(huán)連續(xù)是有效的降溫方法，燃氣輪機熱效率也得到了進一步提高。然而，冷卻在會導致渦輪葉片表面和內(nèi)部存在較高的溫度梯度，帶來更大的熱應(yīng)力間反復的熱循環(huán)沖擊下，會導致渦輪葉片疲勞開裂。就目前高溫合金的和冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，想要進一步提高渦輪葉片服役溫度的潛力十分有，發(fā)展高溫熱障涂層（TBCs）技術(shù)被認為是一種可進一步提高燃氣輪度，進而提高燃氣輪機熱效率和推重比最切實可行技術(shù)且得到了普遍
工藝也現(xiàn)實可行，因此，熱障涂層可以為而提高熱效率，該技術(shù)是未來重要的發(fā)展方向研究綜述早應(yīng)用于航空技術(shù)方面的是美國國家航空paceAdministration,NASA)，火箭飛機 X-15 的做 TBCs，這是人類歷史上第一次將 TBCs 美國先后把 TBCs 應(yīng)用于 JT8D 和 JT9D 發(fā)動中期，TBCs 技術(shù)獲得了突破進展，ZrO2-12Y2片上的應(yīng)用，標志著現(xiàn)代 TBCs 技術(shù)的開始[機和民用航空發(fā)動機不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。此用也越來越廣泛。體系
【參考文獻】：
期刊論文
[1]納米8YSZ粉的熱處理對等離子噴涂涂層熱震性能的影響[J]. 陳濤,惠宇,胥佳穎,鄒兵林,曹學強,趙修建. 中國稀土學報. 2016(02)
[2]熱障涂層材料制備及失效機理的研究進展[J]. 張而耕,陳強,黃彪,王琴雪,朱州. 陶瓷學報. 2016(01)
[3]熱噴涂技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 蔡宏圖,江濤,周勇. 裝備制造技術(shù). 2014(06)
[4]大氣等離子噴涂熱障涂層的失效機理及研究進展[J]. 吳秀剛,李晨希. 材料保護. 2013(10)
[5]等離子噴涂涂層的研究進展[J]. 唐家偉,謝淑蘭,潘鑫. 熱噴涂技術(shù). 2011(02)
[6]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)
[7]電子束物理氣相沉積（EB-PVD）技術(shù)研究及應(yīng)用進展[J]. 劉景順,曾崗,李明偉,楊森,郭洪飛. 材料導報. 2007(S3)
[8]熱障涂層材料性能和失效機理研究進展[J]. 馬維,潘文霞,吳承康. 力學進展. 2003(04)
[9]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]磁鐵鉛礦型LnMeAl11O19熱障涂層材料的合成及性能研究[D]. 陸浩然.清華大學 2015
[2]A2Zr2O7型稀土鋯酸鹽材料的組織結(jié)構(gòu)與物理性能研究[D]. 劉占國.哈爾濱工業(yè)大學 2009
本文編號：3601980
【文章來源】：武漢理工大學湖北省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：166 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
燃氣輪機Fig.1.1Gasturbine
如圖 1.2 所示，通過逐步成分調(diào)控和改進加工工藝，渦輪葉片了幾代技術(shù)革新，使燃燒室的工作溫度提高了 300℃左右。當前最先進溫合金的長時間最高服役溫度在 1100℃左右，基本上停滯在 2010 年的。而當前先進發(fā)動機的渦輪前面進口溫度已經(jīng)超過 1500℃[5,6]，已經(jīng)遠葉片材料使用溫度的極限[7]。對渦輪葉片采用氣膜冷卻設(shè)計，循環(huán)連續(xù)是有效的降溫方法，燃氣輪機熱效率也得到了進一步提高。然而，冷卻在會導致渦輪葉片表面和內(nèi)部存在較高的溫度梯度，帶來更大的熱應(yīng)力間反復的熱循環(huán)沖擊下，會導致渦輪葉片疲勞開裂。就目前高溫合金的和冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，想要進一步提高渦輪葉片服役溫度的潛力十分有，發(fā)展高溫熱障涂層（TBCs）技術(shù)被認為是一種可進一步提高燃氣輪度，進而提高燃氣輪機熱效率和推重比最切實可行技術(shù)且得到了普遍
工藝也現(xiàn)實可行，因此，熱障涂層可以為而提高熱效率，該技術(shù)是未來重要的發(fā)展方向研究綜述早應(yīng)用于航空技術(shù)方面的是美國國家航空paceAdministration,NASA)，火箭飛機 X-15 的做 TBCs，這是人類歷史上第一次將 TBCs 美國先后把 TBCs 應(yīng)用于 JT8D 和 JT9D 發(fā)動中期，TBCs 技術(shù)獲得了突破進展，ZrO2-12Y2片上的應(yīng)用，標志著現(xiàn)代 TBCs 技術(shù)的開始[機和民用航空發(fā)動機不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。此用也越來越廣泛。體系
【參考文獻】：
期刊論文
[1]納米8YSZ粉的熱處理對等離子噴涂涂層熱震性能的影響[J]. 陳濤,惠宇,胥佳穎,鄒兵林,曹學強,趙修建. 中國稀土學報. 2016(02)
[2]熱障涂層材料制備及失效機理的研究進展[J]. 張而耕,陳強,黃彪,王琴雪,朱州. 陶瓷學報. 2016(01)
[3]熱噴涂技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 蔡宏圖,江濤,周勇. 裝備制造技術(shù). 2014(06)
[4]大氣等離子噴涂熱障涂層的失效機理及研究進展[J]. 吳秀剛,李晨希. 材料保護. 2013(10)
[5]等離子噴涂涂層的研究進展[J]. 唐家偉,謝淑蘭,潘鑫. 熱噴涂技術(shù). 2011(02)
[6]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)
[7]電子束物理氣相沉積（EB-PVD）技術(shù)研究及應(yīng)用進展[J]. 劉景順,曾崗,李明偉,楊森,郭洪飛. 材料導報. 2007(S3)
[8]熱障涂層材料性能和失效機理研究進展[J]. 馬維,潘文霞,吳承康. 力學進展. 2003(04)
[9]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]磁鐵鉛礦型LnMeAl11O19熱障涂層材料的合成及性能研究[D]. 陸浩然.清華大學 2015
[2]A2Zr2O7型稀土鋯酸鹽材料的組織結(jié)構(gòu)與物理性能研究[D]. 劉占國.哈爾濱工業(yè)大學 2009
本文編號：3601980
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