本文關鍵詞：微觀結構對大氣等離子噴涂熱障涂層應力狀態(tài)的影響

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【摘要】：為了得到更高的推重比和燃燒效率,燃氣渦輪機的使用溫度被不斷提高。隨著熱障涂層的應用,高溫合金可以在其熔點以上的溫度下運行。大氣等離子噴涂方法制備的熱障涂層的層狀結構陶瓷層,在熱循環(huán)工況下容易發(fā)生開裂,從而縮短了熱障涂層的服役壽命。因此,本文基于等離子噴涂涂層典型微觀結構模型,首先分析了未結合缺陷對應力狀態(tài)的影響,并討論了無冷卻噴涂工藝參數(shù)對陶瓷層內裂紋系統(tǒng)和壽命的影響。在此基礎上,設計了包含垂直裂紋、橫向孔隙以及致密結構的長壽命的多層結構熱障涂層。研究表明,未結合長度對涂層中裂紋尖端應力的影響最大,相互間的間距影響次之,扁平粒子厚度的作用基本可以忽略。此外,在未結合尾部存在壓應力區(qū),其所占范圍與最大壓應力值均隨未結合長度的增加而減小。隨噴涂距離增加,較長未結合缺陷的絕對長度值和比例均增大,但單個未結合缺陷的長度都主要分布在5-20μm的范圍內。在相同熱循環(huán)次數(shù)下,噴涂距離較大的試樣的陶瓷層內裂紋總長度也較大。首次系統(tǒng)研究了垂直裂紋和橫向分叉裂紋數(shù)量、尺度與無冷卻噴涂工藝參數(shù)的關系。熱循環(huán)試驗表明,維持一定垂直裂紋的同時,降低橫向分叉裂紋可將熱障涂層熱循環(huán)壽命提高至3倍以上。設計與制備的多層結構熱障涂層的抗CMAS腐蝕性能與常規(guī)涂層相當,而且其抗熱循環(huán)和抗氧化性能均顯著優(yōu)于常規(guī)熱障涂層。
【關鍵詞】：熱障涂層 大氣等離子噴涂 未結合 應力狀態(tài) 熱循環(huán)
【學位授予單位】：華東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-27
• 1.1 引言11-13
• 1.2 熱障涂層的制備及陶瓷層材料13-18
• 1.2.1 熱障涂層常用制備工藝13-16
• 1.2.2 熱障涂層陶瓷層材料的研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3 有限元技術在熱障涂層方面的應用18-21
• 1.4 等離子噴涂技術制備熱障涂層21-23
• 1.4.1 等離子噴涂技術的基本原理及涂層形成21
• 1.4.2 采用等離子噴涂技術制備長壽命熱障涂層21-23
• 1.5 熱障涂層失效影響因素23-25
• 1.5.1 熱障涂層陶瓷開裂23
• 1.5.2 熱障涂層氧化作用的介紹23-24
• 1.5.3 熱障涂層熔融玻璃腐蝕的介紹24-25
• 1.6 本文的研究目的及內容25-27
• 第2章 涂層的微觀結構參量對其應力狀態(tài)的影響27-37
• 2.1 引言27
• 2.2 理想化結構模型介紹及有限元模型說明27-31
• 2.2.1 理想化結構模型介紹27-28
• 2.2.2 幾何模型28-29
• 2.2.3 材料參數(shù)與施加的載荷和邊界條件29-31
• 2.3 未結合缺陷長度對涂層應力狀態(tài)的影響31-32
• 2.4 未結合缺陷間距對涂層應力狀態(tài)的影響32-33
• 2.5 扁平粒子厚度對涂層應力狀態(tài)的影響33-34
• 2.6 未結合缺陷長度對尖端尾區(qū)應力狀態(tài)的影響34-36
• 2.7 本章小結36-37
• 第3章 噴涂距離和熱循環(huán)次數(shù)對涂層開裂狀態(tài)的影響37-47
• 3.1 引言37
• 3.2 涂層制備與熱循環(huán)試驗37-38
• 3.2.1 涂層材料與制備方法37-38
• 3.2.2 熱循環(huán)試驗38
• 3.3 噴涂距離對陶瓷層未結合缺陷原始長度分布的影響38-40
• 3.4 陶瓷層內開裂狀態(tài)與噴涂距離和熱循環(huán)次數(shù)的關系40-44
• 3.4.1 噴涂距離對陶瓷層內裂紋長度分布的影響40-43
• 3.4.2 陶瓷層內裂紋總長度與熱循環(huán)次數(shù)和噴涂距離的關系43-44
• 3.5 未結合缺陷位置對涂層壽命影響44-46
• 3.6 本章小結46-47
• 第4章 無冷卻噴涂工藝對熱障涂層的裂紋系統(tǒng)和壽命的影響47-54
• 4.1 引言47
• 4.2 無冷卻噴涂工藝介紹及試驗設計47-49
• 4.2.1 無冷卻噴涂工藝介紹47-48
• 4.2.2 噴涂工藝試驗設計48-49
• 4.3 送粉率對涂層內裂紋系統(tǒng)的影響49-50
• 4.4 基體預熱溫度對涂層內裂紋系統(tǒng)影響50-51
• 4.5 不同熱循環(huán)壽命下失效斷面的比較51-52
• 4.6 本章小結52-54
• 第5章 多層結構涂層設計、制備及其相關性能研究54-68
• 5.1 引言54
• 5.2 多層結構熱障涂層設計、制備及相關試驗54-57
• 5.2.1 多層結構的設計思路54
• 5.2.2 各層所采用的工藝參數(shù)54-56
• 5.2.3 各陶瓷層的厚度確定56
• 5.2.4 CMAS原料制備及試驗流程56-57
• 5.3 多層結構涂層與常規(guī)涂層的熱循環(huán)壽命比較57-58
• 5.4 多層結構涂層與常規(guī)涂層的抗氧化性比較58-61
• 5.5 多層結構涂層與常規(guī)涂層的抗熔融玻璃腐蝕性能比較61-66
• 5.6 本章小結66-68
• 第6章 總結與展望68-70
• 6.1 總結68
• 6.2 本文創(chuàng)新點68-69
• 6.3 展望69-70
• 參考文獻70-77
• 致謝77-78
• 攻讀碩士學位期間的學術論文、申請的專利及榮獲的獎勵78

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 鄭蕾;郭洪波;郭磊;彭徽;宮聲凱;徐惠彬;;新一代超高溫熱障涂層研究[J];航空材料學報;2012年06期

2 尹志堅;王樹保;傅衛(wèi);譚興海;陶順衍;丁傳賢;;熱噴涂技術的演化與展望[J];無機材料學報;2011年03期

3 劉純波;林鋒;蔣顯亮;;熱障涂層的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];中國有色金屬學報;2007年01期

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本文編號：723054