本文關鍵詞：激光—等離子噴涂熱障涂層結(jié)構(gòu)與高溫性能研究

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【摘要】：隨著航空發(fā)動機的推陳出新,為了確保發(fā)動機熱端部件在高溫高應力條件下能夠安全可靠工作,需要材料具有一定的強度且同時具有良好的抗高溫氧化能力,可以適當?shù)脑诤辖鸨砻嬷苽涓邷胤雷o涂層。熱障涂層(TBCs,Thermal barrier coatings)因在高溫下具有穩(wěn)定的化學性質(zhì)和良好的隔熱效果等優(yōu)點在航空發(fā)動機的熱端部件方面得到廣泛應用,隔熱效果達到170℃,可以有效地提高高溫容限和工作效率。本文針對發(fā)動機葉片,利用激光熔覆技術(shù)在葉片材料表面制備CoCrTaAlY合金粘結(jié)層,再使用等離子噴涂技術(shù)在粘結(jié)層表面噴涂8wt%YO03-ZrO_2(YSZ)陶瓷層,并對CoCrTaAlY涂層和熱障涂層的組織性能進行分析。研究激光熔覆的工藝參數(shù)對于熔覆層幾何形貌的影響,分析熔覆涂層隨激光功率和掃描速度的變化規(guī)律,測試熱障涂層的抗高溫氧化性能和抗熱震性能。(1)相同功率下,掃描速度增加,熔覆層厚度和寬度降低,形狀系數(shù)和潤濕角增加;相同掃描速度下,激光能量密度增加,涂層熔覆厚度和寬度增加,涂層熔覆的形狀系數(shù)和潤濕角降低。相同掃描速度下,稀釋率隨著激光功率的增加而增加;相同功率下,稀釋率隨著掃描速度的增加先顯著降低。結(jié)合CoCrTaAlY合金粉末的材料特性,當P=2.7kW、3.2kW,v=8 mm/s時可獲得稀釋率(11%-13%)較為合適的熔覆層。(2)利用激光熔覆制備的CoCrTaAlY涂層主要由γ/γ'-(Fe,Al)與M(Ta,Si)C相組成,激光熔覆具有快速冷凝特性,易形成穩(wěn)定相。結(jié)合Matlab仿真熱源模型,分析隨著溫度梯度和冷卻速度的增加,熔覆層內(nèi)胞狀晶轉(zhuǎn)變成樹枝晶,繼而生成等軸枝晶。(3)利用等離子噴涂法制備的陶瓷層中的Zr02的存在形式主要是正方相(t)、立方相(c)和少量單斜相(m);經(jīng)過100h高溫氧化后,只有CoCrTaAlY涂層試樣氧化累積增重將近0.12 g·cm-2,而含YSZ涂層試樣氧化累積增重大約0.08 g.cm-2,把氧化增重情況在數(shù)值上降低三分之一,有效地提升了材料的抗高溫氧化作用;氧化后的涂層中發(fā)生t-Zr02向m-Zr02的轉(zhuǎn)化,使得m-ZrO_2的含量增多。當YSZ等離子噴涂涂層樣品在900℃下熱震20次時,表面陶瓷層開始出現(xiàn)局部肉眼可見的細小裂紋,隨著實驗的繼續(xù)進行,裂紋逐漸增大,到熱震25次裂紋貫穿整個上表面,30次以后裂紋已經(jīng)形成極明顯的裂縫。
【學位授予單位】：天津工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG174.4

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本文編號：1256270