本文關(guān)鍵詞：鋁合金新型CPED熱防護(hù)層組織和性能

  更多相關(guān)文章： Al-Si合金 陰極等離子體電解沉積陶瓷層 ZrO_2溶膠 ZrO_2納米顆粒 協(xié)同作用 隔熱性能 熱沖擊性能

【摘要】：本文利用陰極等離子體電解沉積(Cathodic Plasma Electrolytic Deposition, CPED)技術(shù)分別在ZrO_2溶膠、ZrO_2納米顆粒及溶膠協(xié)同納米顆粒誘導(dǎo)陰極放電的基礎(chǔ)上于Al-Si合金表面制備納米ZrO_2-Y_2O_3陶瓷層。研究ZrO_2溶膠、納米顆粒及協(xié)同作用下對(duì)CPED陶瓷層組織形貌、生長(zhǎng)速率和隔熱性能、熱沖擊性能的影響,探究組織及性能演變規(guī)律,并探討其參與CPED過程的成膜機(jī)理。通過掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線衍射儀(XRD)分別對(duì)陶瓷層的形貌特征及物相組成進(jìn)行表征；利用透射電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行陶瓷層組織的晶體結(jié)構(gòu)分析,及物相主要生長(zhǎng)晶面測(cè)定；并采用渦流測(cè)厚儀、自制隔熱測(cè)試裝置及熱沖擊設(shè)備分別測(cè)量陶瓷層的厚度、隔熱性能和抗熱沖擊性能。與傳統(tǒng)電解液相比,ZrO_2溶膠或ZrO_2納米顆粒的加入促進(jìn)了陰極等離子體微弧放電,使陶瓷層表面放電通道數(shù)量增多,進(jìn)而提高陶瓷層的生長(zhǎng)速率,并且ZrO_2溶膠體系陶瓷層生長(zhǎng)速率明顯高于ZrO_2納米顆粒體系陶瓷層。ZrO_2溶膠粒子主要依靠在陶瓷層表面形成凝膠層誘發(fā)微弧放電的方式參與成膜,而ZrO_2納米顆粒則是在微弧放電時(shí)流入放電通道內(nèi)參與成膜過程。兩種體系陶瓷層主要物相為α-Al2O3、SiO_2、t-ZrO_2及高溫相δ-Zr3Y4O12。其中,在ZrO_2溶膠體系中,隨ZrO_2溶膠濃度的增大,XRD衍射峰顯示SiO_2和高溫相Zr3Y4O12的晶化程度逐漸減弱；而ZrO_2納米顆粒體系陶瓷層的XRD衍射圖譜則表現(xiàn)為Zr3Y4O12衍射峰隨ZrO_2納米顆粒濃度的增加而增強(qiáng)�？梢�,兩種體系的微區(qū)反應(yīng)溫度均是隨ZrO_2溶膠/納米顆粒濃度的增大而升高。TEM分析結(jié)果表明,1.2g/L ZrO_2溶膠體系陶瓷層形成了5nm～25nm的納米晶粒,經(jīng)XRD計(jì)算平均粒徑為20.7nm,選區(qū)電子衍射花樣顯示陶瓷層結(jié)晶度較高,存在極少量非晶成分；而3g/L ZrO_2溶膠體系陶瓷層則結(jié)晶度不高,具有定非晶相含量。ZrO_2納米顆粒體系陶瓷層可看到平均粒徑為24.3nm的納米晶粒,選區(qū)電子衍射花樣顯示陶瓷層結(jié)晶度較高,存在少量非晶相。ZrO_2溶膠協(xié)同納米顆粒誘導(dǎo)CPED研究結(jié)果顯示：當(dāng)ZrO_2納米顆粒的濃度高于ZrO_2溶膠濃度時(shí),陶瓷層厚度較單一ZrO_2溶膠或ZrO_2納米顆粒誘導(dǎo)的CPED陶瓷層厚。該體系涂層的主要物相除了包含以上兩種體系陶瓷層所含物相外,還生成了另一種高溫穩(wěn)定固溶體相δ—Y6ZrO11,為涂層提供了更多的氧空位,說明二者協(xié)同作用使得CPED微區(qū)反應(yīng)溫度得到進(jìn)一步提高。同時(shí),TEM結(jié)果顯示：ZrO_2溶膠協(xié)同納米顆粒體系陶瓷層由平均粒徑是22.2nm的納米晶粒組成,選區(qū)電子衍射環(huán)顯示陶瓷層結(jié)晶度很好。二者協(xié)同作用使得CPED陶瓷層的生長(zhǎng)速率又高于ZrO_2溶膠體系陶瓷層,并且緩慢生長(zhǎng)階段有所提前,說明二者協(xié)同作用對(duì)于成膜速率也具有一定幫助。各體系陶瓷層均具有較好的隔熱效果,相同濃度條件下,ZrO_2溶膠協(xié)同納米顆粒體系陶瓷層隔熱效果最好,其次是ZrO_2納米顆粒體系陶瓷層。500次、800次和1000次熱沖擊性能測(cè)試表明陶瓷層結(jié)合性能良好,只是隨熱沖擊測(cè)試的次數(shù)增加陶瓷表面微裂紋稍有增加,但總體而言,陶瓷層具備較好的熱沖擊性能。
【關(guān)鍵詞】：Al-Si合金 陰極等離子體電解沉積陶瓷層 ZrO_2溶膠 ZrO_2納米顆粒 協(xié)同作用 隔熱性能 熱沖擊性能
【學(xué)位授予單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 1 緒論11-18
• 1.1 課題研究背景11-15
• 1.1.1 熱障涂層的制備工藝12-13
• 1.1.2 熱障涂層的材料13-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.1 等離子體電解氧化制備納米陶瓷層的研究現(xiàn)狀15
• 1.2.2 陰極等離子體電解沉積技術(shù)的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 課題研究目的和主要內(nèi)容16-18
• 2 實(shí)驗(yàn)方法18-24
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料18
• 2.1.1 試樣原材料18
• 2.1.2 試樣制備18
• 2.2 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器18-20
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品18-19
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備19-20
• 2.3 陰極等離子體電解沉積過程研究20-21
• 2.3.1 試樣的預(yù)處理20
• 2.3.2 ZrO_2溶膠的配制20
• 2.3.3 陰極等離子體電解沉積過程20-21
• 2.4 陰極等離子體電解沉積陶瓷層組織和物相分析21-22
• 2.4.1 組織形貌分析21
• 2.4.2 物相分析21
• 2.4.3 TEM分析21-22
• 2.5 陰極等離子體電解沉積陶瓷層成膜速度研究22
• 2.6 陰極等離子體電解沉積陶瓷層性能測(cè)試22-24
• 2.6.1 厚度測(cè)試22
• 2.6.2 Zeta電位測(cè)試和粒度測(cè)試22
• 2.6.3 隔熱性能測(cè)試22-23
• 2.6.4 熱沖擊性能測(cè)試23-24
• 3 ZrO_2溶膠對(duì)CPED陶瓷層組織和性能的影響24-44
• 3.1 ZrO_2溶膠及ZrO_2溶膠電解液體系性能分析24-27
• 3.1.1 ZrO_2溶膠TEM分析24
• 3.1.2 ZrO_2溶膠及ZrO_2溶膠電解液體系Zeta電位分析24-25
• 3.1.3 ZrO_2溶膠電解液體系TEM分析25
• 3.1.4 ZrO_2溶膠及ZrO_2溶膠電解液體系的粒徑分析25-26
• 3.1.5 CPED后ZrO_2溶膠電解液體系TEM照片及元素分析26-27
• 3.1.6 ZrO_2溶膠電解液體系電導(dǎo)率變化27
• 3.2 ZrO_2溶膠濃度對(duì)CPED起弧電壓的影響27-28
• 3.3 ZrO_2溶膠對(duì)CPED陶瓷層微觀形貌的影響28-30
• 3.4 ZrO_2溶膠對(duì)CPED陶瓷層元素分布的影響30-32
• 3.4.1 陶瓷層表面元素分布30-31
• 3.4.2 陶瓷層截面元素分布31-32
• 3.5 ZrO_2溶膠對(duì)CPED陶瓷層物相組成的影響32-33
• 3.6 ZrO_2溶膠電解液體系CPED陶瓷層TEM分析33-35
• 3.7 外加ZrO_2溶膠CPED陶瓷層成膜過程研究35-39
• 3.8 ZrO_2溶膠對(duì)CPED陶瓷層生長(zhǎng)速度的影響39-40
• 3.8.1 CPED陶瓷層厚度分析39
• 3.8.2 CPED陶瓷層生長(zhǎng)速度研究39-40
• 3.9 ZrO_2溶膠對(duì)CPED陶瓷層隔熱和熱沖擊性能的影響40-43
• 3.9.1 CPED陶瓷層隔熱性能40-41
• 3.9.2 CPED陶瓷層熱沖擊性能41-43
• 3.10 本章小結(jié)43-44
• 4 ZrO_2納米顆粒對(duì)CPED陶瓷層組織和性能的影響44-59
• 4.1 ZrO_2納米顆粒對(duì)CPED陶瓷層微觀形貌的影響44-45
• 4.2 ZrO_2納米顆粒對(duì)CPED陶瓷層截面元素分布的影響45-46
• 4.3 ZrO_2納米顆粒參與CPED成膜機(jī)理研究46-49
• 4.4 外加ZrO_2納米顆粒體系CPED陶瓷層物相組成和TEM分析49-51
• 4.5 ZrO_2納米顆粒對(duì)CPED陶瓷層成膜過程的影響51-53
• 4.6 ZrO_2納米顆粒對(duì)CPED陶瓷層生長(zhǎng)速度的影響53-54
• 4.6.1 CPED陶瓷層厚度分析53-54
• 4.6.2 CPED陶瓷層生長(zhǎng)速度研究54
• 4.7 ZrO_2納米顆粒對(duì)CPED陶瓷層隔熱和熱沖擊性能的影響54-58
• 4.7.1 CPED陶瓷層隔熱性能研究54-56
• 4.7.2 CPED陶瓷層熱沖擊性能研究56-58
• 4.8 本章小結(jié)58-59
• 5 ZrO_2溶膠協(xié)同納米顆粒CPED陶瓷層組織和性能的研究59-72
• 5.1 ZrO_2溶膠協(xié)同納米顆粒體系CPED陶瓷層形貌及元素分布分析59-62
• 5.1.1 CPED陶瓷層表面形貌分析59-60
• 5.1.2 CPED陶瓷層截面形貌及元素分布分析60-62
• 5.2 ZrO_2溶膠協(xié)同納米顆粒體系CPED陶瓷層物相分析62-64
• 5.3 ZrO_2溶膠協(xié)同納米顆粒體系CPED陶瓷層TEM分析64
• 5.4 ZrO_2溶膠協(xié)同納米顆粒CPED陶瓷層生長(zhǎng)速度分析64-67
• 5.4.1 CPED陶瓷層厚度分析64-66
• 5.4.2 CPED陶瓷層生長(zhǎng)速度研究66-67
• 5.5 ZrO_2溶膠協(xié)同納米顆粒體系CPED陶瓷層隔熱和熱沖擊性能研究67-71
• 5.5.1 CPED陶瓷層隔熱性能分析67-69
• 5.5.2 CPED陶瓷層熱沖擊性能分析69-71
• 5.6 本章小結(jié)71-72
• 6 結(jié)論72-73
• 參考文獻(xiàn)73-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文80-81
• 致謝81-83

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