本文關(guān)鍵詞：等離子噴涂熱障涂層的氧化行為及失效分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文以先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片用熱障涂層為背景，通過對(duì)不同熱處理工藝后Ni基高溫合金基體/超音速火焰噴涂CoNiCrAlY粘結(jié)涂層/等離子噴涂7wt.%Y2O3-ZrO2熱障涂層系統(tǒng)的結(jié)合強(qiáng)度及熱震性能的研究，確定涂層的熱處理工藝。分別采用9M型等離子噴涂設(shè)備、7700-SG100型以及7700-F4型等離子設(shè)備噴涂陶瓷面層獲得三種不同組織形貌的熱障涂層，進(jìn)行950℃下的等溫氧化和循環(huán)氧化，發(fā)現(xiàn)涂層長期氧化的氧化物呈層狀分布，明確了該熱障涂層等溫氧化失效始于TGO/陶瓷層界面和陶瓷層表面，深入分析了熱障涂層的失效過程、原因以及陶瓷層組織對(duì)涂層氧化失效的影響。研究結(jié)果對(duì)認(rèn)識(shí)等離子涂層氧化過程、氧化失效機(jī)理以及葉片的實(shí)際生產(chǎn)工藝具有指導(dǎo)意義。 粘結(jié)層經(jīng)1120℃，2h以及850℃，24h真空熱處理，再噴涂陶瓷面層獲得的熱障涂層具有良好的拉伸和熱震性能，選定為涂層的熱處理工藝。 氧化初期在粘結(jié)層界面生成大量的-Al2O3氧化物，以及少量的Cr2O3、Co3O4。等溫氧化100h時(shí)，TGO中氧化物的含量急劇增加，-Al2O3不斷向-Al2O3轉(zhuǎn)化，TGO生長極其不均勻。等溫氧化400h，TGO層分為兩層：內(nèi)層是致密的-Al2O3膜，外層-Al2O3、Cr2O3、Co3O4、NiO以及(Ni,Co)(Al,Cr)2O4等尖晶石類氧化物，并含有大量空洞。950℃下等溫氧化1100h時(shí)，TGO中存在大量裂紋，部分氧化膜剝落。在氧化過程中，由于Al2O3的形成，粘結(jié)層中的-NiAl相不斷轉(zhuǎn)化成/相，在粘結(jié)層表面之下形成一條不斷擴(kuò)大的貧鋁帶。在等溫氧化中，，7700-F4型等離子設(shè)備噴涂的C組涂層最先失效，涂層失效方式為：陶瓷層表面軸向開裂和陶瓷層從TGO/陶瓷層界面處剝落。失效過程為：陶瓷層表面的縱裂紋向陶瓷層內(nèi)部擴(kuò)展，造成表面的開裂并不斷擴(kuò)大；在TGO凸起處，縱向裂紋形核長大，向陶瓷層表面方向擴(kuò)展；TGO/陶瓷層界面處和距陶瓷層表面1/3處橫向裂紋擴(kuò)展形成大尺寸裂紋，與縱裂紋交匯連通，引起涂層開裂剝落失效。涂層失效機(jī)理為：熱生長應(yīng)力、熱膨脹失配應(yīng)力和相變應(yīng)力作用在界面薄弱處，驅(qū)動(dòng)裂紋的萌生和擴(kuò)展，導(dǎo)致陶瓷層開裂剝落。
【關(guān)鍵詞】：熱障涂層 等離子噴涂 氧化 失效 裂紋
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 課題研究背景及意義10
• 1.2 熱障涂層的結(jié)構(gòu)10-11
• 1.3 熱障涂層材料11-13
• 1.3.1 陶瓷材料11-12
• 1.3.2 粘結(jié)層材料12-13
• 1.4 熱障涂層制備工藝13-15
• 1.4.1 等離子噴涂原理及特點(diǎn)13-14
• 1.4.2 超音速火焰噴涂的原理及特點(diǎn)14
• 1.4.3 電子束物理氣相沉積的原理及特點(diǎn)14-15
• 1.4.4 DVC 噴涂原理及特點(diǎn)15
• 1.4.5 高能等離子噴涂原理及特點(diǎn)15
• 1.5 TGO 的形成過程及機(jī)理15-16
• 1.6 熱障涂層的失效機(jī)制16-17
• 1.7 熱障涂層存在問題及發(fā)展趨勢(shì)17-18
• 1.7.1 熱障涂層存在問題17
• 1.7.2 熱障涂層發(fā)展趨勢(shì)17-18
• 1.8 課題主要研究內(nèi)容及試驗(yàn)方法18-19
• 第2章 試驗(yàn)材料、方法及設(shè)備19-26
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料19-20
• 2.2 試驗(yàn)方法20-24
• 2.2.1 總體思路20-21
• 2.2.2 試樣制備21-22
• 2.2.3 真空熱處理工藝優(yōu)化22-23
• 2.2.4 等溫氧化和循環(huán)氧化試驗(yàn)23-24
• 2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備24-25
• 2.4 試樣觀察與分析25-26
• 第3章 熱障涂層的等溫氧化行為26-47
• 3.1 真空熱處理工藝選取26-28
• 3.1.1 拉伸及熱震實(shí)驗(yàn)結(jié)果26-27
• 3.1.2 熱處理前后粘結(jié)層的顯微組織形貌及相組成27-28
• 3.2 粘結(jié)層的等溫氧化行為28-32
• 3.2.1 粘結(jié)層氧化的表面形貌28-29
• 3.2.2 粘結(jié)層氧化的物相分析29-31
• 3.2.3 粘結(jié)層氧化過程分析31-32
• 3.3 熱障涂層的等溫氧化32-38
• 3.3.1 氧化前涂層組織形貌32-34
• 3.3.2 熱障涂層的氧化動(dòng)力學(xué)分析34-35
• 3.3.3 熱障涂層的高溫氧化過程35-38
• 3.4 熱障涂層氧化失效分析38-47
• 3.4.1 涂層宏觀失效方式38-40
• 3.4.2 涂層氧化失效過程40-44
• 3.4.3 涂層失效原因分析與討論44-45
• 3.4.4 陶瓷層組織對(duì)涂層氧化失效的影響45-47
• 第4章 熱障涂層循環(huán)氧化行為47-51
• 4.1 粘結(jié)層氧化的表面形貌及物相47-48
• 4.2 熱障涂層氧化的截面形貌和元素分布48-50
• 4.3 熱循環(huán)氧化結(jié)果分析50-51
• 第5章 結(jié)論51-52
• 參考文獻(xiàn)52-56
• 在學(xué)研究成果56-57
• 致謝57

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：等離子噴涂熱障涂層的氧化行為及失效分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：322061