等離子噴涂8YSZ熱障涂層的性能及工藝參數研究
發(fā)布時間：2021-03-09 22:08
熱障涂層（Thermal barrier coatings,TBCS）廣泛應用于燃氣輪機的動、靜葉和航空發(fā)動機的渦輪葉片。通過將陶瓷材料涂覆在合金表面,利用陶瓷材料優(yōu)異的耐高溫、低熱導率以及耐腐蝕等性能對金屬基底進行防護,保障燃氣輪機以及航空發(fā)動機的熱端部件能夠可靠運行。本文使用大氣等離子噴涂工藝,在Inconel600鎳基高溫合金表面制備NiCoCrAlY金屬粘結層和ZrO2-8%wtY2O3陶瓷層,通過制備涂層金相試樣,利用光學顯微鏡觀察分析涂層的截面微觀形貌,利用掃描電鏡觀察分析涂層的表面微觀形貌。觀察發(fā)現涂層表面呈米白色,光滑平整,結構致密,由粉末顆粒熔融堆疊形成,顆粒熔化情況較好,整體呈小顆粒扁平化團聚堆疊形貌,涂層表面存在大量寬度小于1μm的裂紋;涂層的陶瓷層與粘結層、粘結層與金屬基體之間的界面處結合都比較好,沒有明顯的裂紋存在,涂層組織較為致密,可以看出是熔融顆粒扁平化堆疊形成的層狀薄片堆積而成,陶瓷層內均勻分布著孔隙。使用維氏顯微硬度儀測試涂層的顯微硬度,通過熱震試驗測試涂層的熱震性能,通過結合強度試驗測...
【文章來源】：江蘇大學江蘇省
【文章頁數】：77 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
熱障涂層結構示意圖：（a）雙層結構；（b）功能梯度結構；（c）多層復合結構
圖 1.2 雙層結構熱障涂層應用結構圖lication structure of double-layer structure thermal bar熱障涂層熱障涂層是專門對涂層結構進行梯度設計，不同比例的混合，并使混合的比例在涂層的部的組織結構與化學成分呈梯度變化，消除層與基體之間形成連續(xù)過度，最終使涂層的向連續(xù)變化，給涂層增加了熱應力緩和功能最佳匹配的效果，使基體與涂層之間的結化、耐化學腐蝕和抗熱震性能得到進一步匹配而導致的陶瓷層過早的從基體上脫落藝比較復雜，涂層的性能不夠穩(wěn)定，因此在
1 陶瓷層材料陶瓷層是熱障涂層最關鍵的部分，是保護金屬基體的主要結構，通服役過程中的外部熱量對金屬基體起到熱防護的作用，因為服役環(huán)境會直接接觸高溫與腐蝕氣體等，因此對陶瓷層的材料性能提出非常嚴首先熱導率要低，保證對基體能夠起到熱防護的作用，其次要有較高數，避免與基體因熱膨脹系數不匹配而造成涂層的過早剝落，除此以耐高溫、抗氧化、耐腐蝕、良好的抗高溫燒結能力，高溫情況下良好、化學穩(wěn)定性，抗熱震性能等9-11。目前，陶瓷層材料主要包含三大類、碳化物類和氮化物類，其中最常見有 ZrO2、SiO2、Al2O3等，他理性能如表 1-1 所示。而 ZrO2因為熱導率低、熱膨脹系數高，并且綜合性能，因此應用的最為廣泛，但是當 ZrO2的工作溫度達到一定產生相變，從而產生較大的體積變化并帶來相應的相變應力，導致涂落，進而失效。ZrO2的相變形式以及溫度條件如下圖所示[12]:
【參考文獻】：
期刊論文
[1]High-temperature oxidation behavior and analysis of impedance spectroscopy of 7YSZ thermal barrier coating prepared by plasma spray-physical vapor deposition[J]. Wenlong CHEN,Min LIU,Jifu ZHANG,Ziqian DENG,Jie MAO. Chinese Journal of Aeronautics. 2018(08)
[2]等離子噴涂層原生性孔隙幾何結構的分形及統(tǒng)計特性[J]. 陳書贏,王海斗,馬國政,康嘉杰,徐濱士. 物理學報. 2015(24)
[3]超音速等離子噴涂參數對Al2O3-3%TiO2涂層形貌結構的影響[J]. 毛杰,鄧暢光,歐獻,宋進兵,鄺子奇,曾威. 熱噴涂技術. 2015(02)
[4]TGO不規(guī)則生長對熱障涂層界面殘余應力的影響[J]. 劉超凡,談梅蘭. 中國陶瓷. 2014(09)
[5]MCrAlY材料成分改性研究進展[J]. 王皓,王全勝. 表面技術. 2014(03)
[6]等離子噴涂陶瓷涂層降低孔隙率的研究進展[J]. 孫方紅,馬壯,劉應瑞,鮑亞楠,范雅. 硅酸鹽通報. 2013(11)
[7]粘結層和陶瓷層厚度對納米結構熱障涂層性能的影響[J]. 何箐,李嘉,詹華,汪瑞軍,王偉平. 表面技術. 2013(01)
[8]等離子噴涂納米ZrO2熱障涂層的組織及性能研究[J]. 彭瑾,孫有田. 熱噴涂技術. 2012(02)
[9]激光熔覆修復工藝參數對熔合區(qū)成形質量的影響[J]. 智翔,趙劍峰,蔡軍. 激光與光電子學進展. 2011(10)
[10]電子束物理氣相沉積YSZ熱障涂層熱循環(huán)性能[J]. 于海濤,宋希文,牟仁德. 航空發(fā)動機. 2010(06)
博士論文
[1]鈦合金表面納米熱障涂層的制備與組織性能及其表面激光重熔的研究[D]. 周洪.上海交通大學 2008
碩士論文
[1]GH99高溫合金及其MCrAlY（Ta）（M=Ni，Co）涂層靜態(tài)高溫氧化行為研究[D]. 段佳林.哈爾濱工業(yè)大學 2011
本文編號：3073559
【文章來源】：江蘇大學江蘇省
【文章頁數】：77 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
熱障涂層結構示意圖：（a）雙層結構；（b）功能梯度結構；（c）多層復合結構
圖 1.2 雙層結構熱障涂層應用結構圖lication structure of double-layer structure thermal bar熱障涂層熱障涂層是專門對涂層結構進行梯度設計，不同比例的混合，并使混合的比例在涂層的部的組織結構與化學成分呈梯度變化，消除層與基體之間形成連續(xù)過度，最終使涂層的向連續(xù)變化，給涂層增加了熱應力緩和功能最佳匹配的效果，使基體與涂層之間的結化、耐化學腐蝕和抗熱震性能得到進一步匹配而導致的陶瓷層過早的從基體上脫落藝比較復雜，涂層的性能不夠穩(wěn)定，因此在
1 陶瓷層材料陶瓷層是熱障涂層最關鍵的部分，是保護金屬基體的主要結構，通服役過程中的外部熱量對金屬基體起到熱防護的作用，因為服役環(huán)境會直接接觸高溫與腐蝕氣體等，因此對陶瓷層的材料性能提出非常嚴首先熱導率要低，保證對基體能夠起到熱防護的作用，其次要有較高數，避免與基體因熱膨脹系數不匹配而造成涂層的過早剝落，除此以耐高溫、抗氧化、耐腐蝕、良好的抗高溫燒結能力，高溫情況下良好、化學穩(wěn)定性，抗熱震性能等9-11。目前，陶瓷層材料主要包含三大類、碳化物類和氮化物類，其中最常見有 ZrO2、SiO2、Al2O3等，他理性能如表 1-1 所示。而 ZrO2因為熱導率低、熱膨脹系數高，并且綜合性能，因此應用的最為廣泛，但是當 ZrO2的工作溫度達到一定產生相變，從而產生較大的體積變化并帶來相應的相變應力，導致涂落，進而失效。ZrO2的相變形式以及溫度條件如下圖所示[12]:
【參考文獻】：
期刊論文
[1]High-temperature oxidation behavior and analysis of impedance spectroscopy of 7YSZ thermal barrier coating prepared by plasma spray-physical vapor deposition[J]. Wenlong CHEN,Min LIU,Jifu ZHANG,Ziqian DENG,Jie MAO. Chinese Journal of Aeronautics. 2018(08)
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[4]TGO不規(guī)則生長對熱障涂層界面殘余應力的影響[J]. 劉超凡,談梅蘭. 中國陶瓷. 2014(09)
[5]MCrAlY材料成分改性研究進展[J]. 王皓,王全勝. 表面技術. 2014(03)
[6]等離子噴涂陶瓷涂層降低孔隙率的研究進展[J]. 孫方紅,馬壯,劉應瑞,鮑亞楠,范雅. 硅酸鹽通報. 2013(11)
[7]粘結層和陶瓷層厚度對納米結構熱障涂層性能的影響[J]. 何箐,李嘉,詹華,汪瑞軍,王偉平. 表面技術. 2013(01)
[8]等離子噴涂納米ZrO2熱障涂層的組織及性能研究[J]. 彭瑾,孫有田. 熱噴涂技術. 2012(02)
[9]激光熔覆修復工藝參數對熔合區(qū)成形質量的影響[J]. 智翔,趙劍峰,蔡軍. 激光與光電子學進展. 2011(10)
[10]電子束物理氣相沉積YSZ熱障涂層熱循環(huán)性能[J]. 于海濤,宋希文,牟仁德. 航空發(fā)動機. 2010(06)
博士論文
[1]鈦合金表面納米熱障涂層的制備與組織性能及其表面激光重熔的研究[D]. 周洪.上海交通大學 2008
碩士論文
[1]GH99高溫合金及其MCrAlY（Ta）（M=Ni，Co）涂層靜態(tài)高溫氧化行為研究[D]. 段佳林.哈爾濱工業(yè)大學 2011
本文編號：3073559
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