本文選題：超音速火焰噴涂 + 熱障涂層�。� 參考：《北京理工大學》2015年博士論文

【摘要】：本文針對航空發(fā)動機和燃氣輪機熱端部件高溫防護涂層的工況條件及使用要求,采用超音速火焰噴涂和等離子噴涂技術制備了熱障涂層,探討了粘結(jié)層成分對粘結(jié)層/陶瓷層界面熱生長氧化物(TGO)生長的影響;研究了預氧化處理對TGO的生長速度和涂層高溫氧化行為的影響;在闡明TGO演化規(guī)律的基礎上,采用熱循環(huán)試驗和熱沖擊試驗考核了熱障涂層的使用壽命,研究了涂層中裂紋萌生擴展及殘余應力變化規(guī)律,并分析了熱障涂層的失效行為。主要研究結(jié)果如下:采用超音速火焰噴涂技術可制備得到致密的MCrAlY粘結(jié)層。在粘結(jié)層氧化過程中,TGO的增厚速度由元素擴散過程控制。真空預處理過程形成了單相大晶粒尺寸?-Al2O3膜,顯著提高了熱障涂層的抗氧化能力。低Al含量粘結(jié)層在高溫環(huán)境下過早的形成了連續(xù)尖晶石組織和裂紋,但通過真空預處理過程可大幅度提高其抗氧化能力。預處理過程對涂層抗氧化性能的影響大于元素的作用。TGO在使用過程中因熱失配形成了殘余壓應力,其應力幅值和粘結(jié)層的熱膨脹系數(shù)有關。隨著TGO厚度的增加,殘余應力的來源從陶瓷層/粘結(jié)層熱失配逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)門GO/粘結(jié)層熱失配。靜態(tài)氧化過程中,TBCs中殘余應力值無顯著變化。熱循環(huán)和熱沖擊條件下,殘余應力值隨試驗次數(shù)的增加逐步降低,應力值變化幅度和涂層中裂紋的數(shù)量有關,因此,通過無損測試殘余應力值可間接預測熱障涂層的使用壽命。粘結(jié)層中的β相的消耗導致TGO附近Al貧乏區(qū)的形成,其寬度隨氧化時間呈拋物線規(guī)律,隨TGO厚度呈線性關系。Al含量的提高和預處理過程均可減緩Al貧乏區(qū)的增寬速度,熱循環(huán)條件加速了其增寬過程,β相的消耗速度可用于表征粘結(jié)層的抗氧化能力。Al元素氧化引起的β相轉(zhuǎn)變導致拉應力的形成,造成粘結(jié)層內(nèi)部形成孔洞并可能引起粘結(jié)層內(nèi)氧化。熱障涂層在高溫環(huán)境下形成的裂紋集中于TGO附近,裂紋的擴展鏈接導致了陶瓷層的剝落失效,失效位置位于TGO/陶瓷層界面,且偏向陶瓷層一側(cè)。試樣的形狀尺寸對熱障涂層的使用壽命有顯著的影響,薄片試樣因基體材料的彎曲變形,加速了氧化和裂紋形成擴展過程,會降低其使用壽命。熱障涂層在靜態(tài)氧化、熱循環(huán)和熱沖擊條件下具有相近的氧化機理和裂紋萌生擴展過程。但在熱循環(huán)條件下,TBCs的抗氧化能力較差,TGO增厚速度和β相的消耗速度更快,形成的尖晶石組織更多,裂紋數(shù)量更多且擴展速度更快。與靜態(tài)氧化和熱沖擊相比,更易失效,因此,采用熱循環(huán)試驗可以更有效地考核熱障涂層性能的優(yōu)劣。
[Abstract]:In this paper , the thermal barrier coating is prepared by supersonic flame spraying and plasma spraying technology , and the influence of adhesion layer composition on the growth rate of thermal barrier coating and the thermal expansion coefficient of the coating are studied .

【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4

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本文編號：1826577