等离子喷涂及激光熔覆制备的氢化铪改性热障涂层的性能研究

发布时间：2020-05-27 07:50

【摘要】：热障涂层是一种应用于航空发动机涡轮叶片零部件上的多层系统,其目的在于提高涡轮叶片的高温性能及服役时间。传统的热障涂层通常为8wt%Y_2O_3稳定的ZrO_2陶瓷层及MCrAlY粘结层组成的复合涂层。其中陶瓷层起到隔热作用,而粘结层的作用在于缓和陶瓷层与基体之间的热膨胀不匹配性。然而随着航空发动机的发展,涡轮进气温度进一步提高,传统热障涂层已不能满足现阶段航空发动机的要求,因而开发新一代热障涂层体系迫在眉睫。本文针对热障涂层的热震性及粘结层高温氧化性两大性能开展研究。其一,应用激光熔覆的方法分别在GH586基体上制备了四种HfH_2(0-3xwt%)-CoCrAlYSi涂层,并应用扫描电镜(SEM)、金相显微镜、X射线衍射分析(XRD)和EDS等技术研究分析了四种涂层1100℃下的高温氧化情况;其二,应用激光熔覆及等离子喷涂的复合方法分别在GH586基体上制备了HfH_2(0-3xwt%)-CoCrAlYSi/8YSZ热障涂层,同时研究分析了四种涂层1100℃下的高温热震情况。主要研究成果如下:(1)本文采用激光熔覆的方法在GH586镍基高温合金上制备了四种HfH_2(0-3xwt%)-CoCrAlYSi涂层,其表面组织形貌均为网状结构,且截面组织分为明显的三层,表层为飞机晶组织、过渡层为柱状枝晶组织、涂层与基体之间形成等轴晶组织;(2)CoCrAlYSi涂层中HfH_2的添加可有效提高涂层1100℃高温氧化产物的致密度及抑制CoCr_2O_4等尖晶石氧化物的生成。然而该涂层中的HfH_2含量不能超过3xwt%,否则涂层高温氧化产物之间的致密度会变差;(3)CoCrAlYSi涂层中HfH_2的添加对提高涂层抗高温氧化性能具有显著的影响,主要表现在抑制表面氧化膜的快速生长,避免氧化膜过厚,同时钉状氧化物的生成增加了氧化膜与涂层之间的粘附性。然而涂层中HfH_2的含量不能过高,否则涂层的抗高温氧化性能反而会降低,如3xwt%HfH_2-CoCrAlYSi的涂层;(4)CoCrAlYSi/8YSZ热障涂层中HfH_2的添加可有效提高其1100℃抗高温热震性能,相比于单一的CoCrAlYSi/8YSZ热障涂层而言,2xwt%HfH_2-CoCrAlYSi/8YSZ热障涂层的高温热震次数可达到79次。然而当HfH_2的含量为3xwt%,其热震性能反而降低了;(5)四种HfH_2-CoCrAlYSi/8YSZ热障涂层1100℃高温热震失效后,其涂层剥落区域明显不同。其中,CoCrAlYSi/8YSZ涂层热震失效后,其TC/TGO和TGO/BC层之间均出现明显的开裂现象;xwt%HfH_2-CoCrAlYSi/8YSZ热障涂层高温热震失效后,只在TC与TGO层之间发现明显的开裂现象;2xwt%HfH_2-CoCrAlYSi/8YSZ热障涂层高温热震失效后,开裂区域发生在陶瓷层内部;3xwt%HfH_2-CoCrAlYSi/8YSZ热障涂层高温热震失效后,TC/TGO及TGO层内部发生了明显的开裂现象。
【图文】：

热障涂层,粘结层,扩散涂层,绪论

江苏大学硕士学位论文第一章绪论(Thermal barrier coating)，简称 TBC。由于其优异的隔发动机涡轮叶片零部件上。传统的热障涂层一般包括如图 1.1 所示[1]。在热障涂层服役过程中，受粘结层层与粘结层的结合处会生成一层氧化物，一般称之为，粘结层主要分为 PtAl 扩散涂层和 MCrAlY(M=Ni,C陶瓷层材料一般选用 8wt%Y2O3稳定的 ZrO2。

模式图,激光输出,模式,熔覆层

且其与基体之间的结合较好；反之，，若基体材料对熔覆材料的稀释率过低的熔覆层表面一般会出现球状杂质，且此时的熔覆层与基体之间的结合力研究表明，稀释率与激光功率呈正比而与扫描速度呈反比关系之。因此，熔覆过程中，激光功率在保证粉末及部分基体熔化的前提下应尽可能的低保证基体与涂层之间能达到冶金结合的前提下，基体材料对熔覆层材料的应尽可能的低。多道搭接激光熔覆过程中，搭接率对熔覆层的质量影响很大[24]。实验研究5]：在多道激光熔覆过程中，熔覆层搭接带的裂纹敏感性显著增大，若是第覆层中产生横向裂纹，这道裂纹就会迅速地横向传递，穿过前一道熔覆层为在激光熔覆过程中，熔覆层中产生了很大的残余拉应力，这些拉应力在接的过程中会叠加而使局部总应力值迅速增大。同时，多道搭接会导致激层的脆性增大、裂纹敏感度增大[26][27]。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V263

【参考文献】