锆酸钐粉体特性对涂层组织与性能的影响研究

发布时间：2019-05-07 10:02

【摘要】：随着航空燃气轮机向高流量比、高推重比、高进口温度的方向发展,燃烧室中的燃气温度和压力不断在提高,目前使用的热障涂层材料YSZ已不能满足要求,Sm2Zr2O7陶瓷因其热导率低、高温相稳定性好等优点,而成为新型热障涂层候选材料。但目前关于Sm2Zr2O7纳米涂层的制备以及涂层组织结构的优化等相关研究尚不多见。为此,本论文开展了含纳米结构Sm2Zr2O7喷涂粉体的制备工艺优化,并对不同特性的Sm2Zr2O7喷涂粉体与涂层组织结构及其力学性能的影响关系进行了深入的研究。(1)采用共沉淀-煅烧法合成Sm2Zr2O7原始粉体,在1250℃-4h煅烧条件下粉体的晶粒尺寸为60-100nm。通过喷雾干燥工艺对Sm2Zr2O7原始粉体进行造粒处理,优化造粒工艺后获得粒径集中在40-50μm之间且可调可控的Sm2Zr2O7球形团聚体。经1100℃-2h烧结后,团聚体晶粒尺寸为60-120nm,松装密度与流动性分别为1.51g/cm3、42s/50g。进一步采用等离子球化工艺对团聚体进行了致密化处理,形成了心部晶粒保持在100-200nm,外缘1-3μm厚的壳层团聚体,其松装密度与流动性分别为2.6g/cm3、35s/50g。等离子球化处理可有效提高团聚体的致密度和内聚强度。(2)对比不同范围粒径的烧结团聚体制备涂层的微观组织,发现:小尺寸窄范围团聚体在等离子射流中受热更均匀、充分,熔化状态更好,涂层孔隙率更低。(3)采用微米晶烧结团聚体制备涂层,微观组织主要为致密的柱状晶,涂层结合强度为31.5MPa,较纳米晶烧结团聚体提高近一倍。这主要是由于微米晶粒烧结程度高,晶间更致密,在等离子射流中传热充分,晶粒均匀长大形成致密的组织。采用致密度与内聚强度更高的等离子球化粉体制备涂层,微观组织由致密的纳米-微米双态结构组成,涂层结合强度提高为43.5MPa,其热导率与YSZ相比降低了约38%。这主要是由于高致密度、规则球形团聚体在等离子射流中热传导更好,颗粒熔化改善,涂层层间结合更致密。(4)采用高能等离子喷涂制备涂层,得到层间搭接极为致密的柱状晶组织,结合强度提高到57.1MPa。这主要是由于高能等离子射流的高温、高速特性,使得团聚体熔化更好的同时与基体产生高速的撞击,提高了涂层的界面结合力。
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【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB306

【参考文献】