本文關(guān)鍵詞：EB-PVD熱障涂層CMAS侵蝕裂紋形成與擴(kuò)展機(jī)制的實(shí)驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 熱障涂層 CMAS 裂紋 高溫腐蝕

【摘要】：熱障涂層具有高隔熱性、抗腐蝕等特點(diǎn),所以作為優(yōu)良的防護(hù)材料廣泛應(yīng)用于先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片上。然而飛機(jī)飛行過(guò)程中,空氣中的沙塵等固體小顆粒便會(huì)隨著熱氣流被卷入到渦輪葉片中,造成典型的CMAS入侵,最終引發(fā)涂層的失效。為了更為透徹的理解真實(shí)渦輪葉片的高溫CMAS腐蝕失效機(jī)理,本文專門(mén)設(shè)計(jì)了梯度加熱電阻爐,用模擬真實(shí)火山灰成分配制的CMAS,腐蝕以金屬為基底的EB-PVD熱障涂層,系統(tǒng)地探討CMAS的入滲路徑與規(guī)律。通過(guò)SEM、XRD、EDS、納米壓痕等微觀表征手段,詳盡的闡述了CMAS腐蝕造成的Ni基EB-PVD熱障涂層的裂紋萌生與擴(kuò)展過(guò)程,重點(diǎn)研究了腐蝕溫度、時(shí)間、腐蝕粒子的單位含量對(duì)EB-PVD熱障涂層腐蝕的影響。主要研究結(jié)果包括:1、模擬真實(shí)火山灰實(shí)驗(yàn)室配制CMAS粉末并分析了CMAS能夠入滲的基本條件。多次手工研磨后CMAS粉末粒度在18μm左右分布最為密集,融化初始溫度約為1170°C。CMAS到達(dá)其熔點(diǎn)后,在15 min內(nèi)便可以通過(guò)毛細(xì)管作用沿著柱狀晶間隙快速滲透到陶瓷層底部。另外只要接觸時(shí)間足夠長(zhǎng),CMAS在低于其熔點(diǎn)的溫度下,也有少量可以入滲到陶瓷層中。2、逐步探討了1250°C下CMAS造成EB-PVD熱障涂層產(chǎn)生裂紋的規(guī)律,發(fā)現(xiàn)裂紋主要在CMAS大量富集的地方萌生。所以實(shí)驗(yàn)中,我們發(fā)現(xiàn)CMAS的涂覆量是影響裂紋快速擴(kuò)展的主要因素之一。涂覆量越大,界面沉積的CMAS越多,底部YSZ腐蝕就越嚴(yán)重。針對(duì)同一涂覆量而言,短時(shí)間的高溫腐蝕,CMAS主要集中在YSZ表層,實(shí)驗(yàn)中可以觀察到1 h,2 h以及4 h腐蝕后的YSZ表層的柱狀晶都發(fā)生了斷裂,這里出現(xiàn)的僅僅是單個(gè)柱狀晶上的微裂紋,裂紋并沒(méi)有在相鄰柱狀晶之間有延伸。長(zhǎng)時(shí)間腐蝕后,在界面出現(xiàn)粗大的裂紋,腐蝕24 h的樣品的YSZ層從界面完全剝離。高溫腐蝕過(guò)程中,由于YSZ中部分的Y元素會(huì)向表層以及基底有個(gè)擴(kuò)散,出現(xiàn)了Y貧化區(qū)域,破壞了結(jié)構(gòu)中ZrO2的穩(wěn)定性,使其發(fā)生相變,相變帶來(lái)的體積變化,促進(jìn)了微裂紋的萌生,同時(shí)Al2O3的生長(zhǎng)與新物質(zhì)ZrSiO4的生成進(jìn)一步加劇了微裂紋的擴(kuò)展,最終導(dǎo)致了涂層的剝落。3、研究了經(jīng)過(guò)CMAS高溫腐蝕不同時(shí)間后TBC內(nèi)殘余應(yīng)力變化關(guān)系。利用納米壓痕技術(shù),同時(shí)建立平板模型,計(jì)算得出隨著腐蝕時(shí)間的增加,陶瓷層的殘余應(yīng)力逐漸增加,并在24h腐蝕后局部存在一定的應(yīng)力釋放。
【關(guān)鍵詞】：熱障涂層 CMAS 裂紋 高溫腐蝕
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 引言9
• 1.2 熱障涂層簡(jiǎn)介與研究現(xiàn)狀9-15
• 1.2.1 熱障涂層的結(jié)構(gòu)與材料9-11
• 1.2.2 EB-PVD熱障涂層的優(yōu)異性11-13
• 1.2.3 影響熱障涂層裂紋形成的主要因素13-15
• 1.3 CMAS腐蝕導(dǎo)致熱障涂層的失效15-17
• 1.3.1 CMAS侵蝕的不可避免與嚴(yán)重危害15
• 1.3.2 CMAS侵蝕TBC形成裂紋的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.4 本文選題依據(jù)17-19
• 第2章 實(shí)驗(yàn)室配制的CMAS性能測(cè)試與腐蝕實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)19-29
• 2.1 引言19-20
• 2.2 實(shí)驗(yàn)室CMAS的配制20-23
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)室配制CMAS步驟20-21
• 2.2.2 CMAS粉末性能測(cè)試21-23
• 2.3 梯度加熱爐的設(shè)計(jì)與制備23-24
• 2.4 腐蝕實(shí)驗(yàn)方案24-28
• 2.4.1 EB-PVD TBC樣品的制備24-25
• 2.4.2 熱障涂層微觀分析樣品的制備25-27
• 2.4.3 具體腐蝕實(shí)驗(yàn)方案27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第3章 Ca33Mg_9Al_13Si_(45)高溫侵蝕EB-PVD熱障涂層的裂紋擴(kuò)展過(guò)程29-45
• 3.1 引言29
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析29-43
• 3.2.1 滲透深度與保溫時(shí)間的關(guān)系30-36
• 3.2.2 1250 °C-10 mg CMAS腐蝕形貌演變的SEM分析36-40
• 3.2.3 XRD相鑒定40-43
• 3.3 不同CMAS涂覆量的分析43-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第4章 CMAS腐蝕條件下EB-PVD熱障涂層陶瓷層殘余應(yīng)力的變化關(guān)系45-58
• 4.1 納米壓痕技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展45
• 4.2 納米壓痕測(cè)試技術(shù)的原理45-49
• 4.2.1 納米壓痕試驗(yàn)裝置的組成45-47
• 4.2.2 材料彈性模量和硬度的測(cè)量47-49
• 4.3 CMAS腐蝕前后樣品各性能參數(shù)的變化規(guī)律49-52
• 4.3.1 CMAS腐蝕前后樣品硬度H的變化規(guī)律49-51
• 4.3.2 CMAS腐蝕前后樣品楊氏模量E的變化規(guī)律51-52
• 4.4 殘余應(yīng)力的計(jì)算52-56
• 4.4.1 陶瓷層內(nèi)殘余應(yīng)力的理論模型52-54
• 4.4.2 CMAS腐蝕不同時(shí)間樣品陶瓷層殘余應(yīng)力的變化規(guī)律54-56
• 4.5 小結(jié)56-58
• 第5章 工作總結(jié)與展望58-60
• 5.1 工作總結(jié)58-59
• 5.2 工作展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-66
• 致謝66-67
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷與在校期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果67

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 王文杰;苗淼;;燃?xì)廨啓C(jī)熱障涂層的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J];熱加工工藝;2010年08期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 竇君智;甲蟲(chóng)鞘翅力學(xué)性能及其微結(jié)構(gòu)研究[D];南京航空航天大學(xué);2011年

，

本文編號(hào)：986166