脉冲电子束作用下热障涂层微观结构及热循环性能研究
发布时间：2021-05-12 14:47
热障涂层（TBCs）作为涂覆于燃气涡轮发动机重要热端部件的热防护涂层,其服役寿命与燃气轮机的安全使用性能密切相关。热循环性能是决定热障涂层服役寿命的重要性能指标,由于当前燃气轮机的进口温度越来越高,对于热障涂层的热循环寿命显然也提出了更高的要求。本文利用强流脉冲电子束（HCPEB）技术对大气等离子喷涂（APS）技术制备的热障涂层陶瓷层（ZrO2-8wt%Y2O3,YSZ）表面进行辐照处理,通过在微观层面上有目的地调控陶瓷层组织结构,实现热循环性能的改善。采取炉中加热与水冷不断交替的方法测试HCPEB处理前后TBCs在不同加热温度下的热循环性能,采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等现代测试分析方法详细分析辐照前后以及热循环过程中涂层表面微观形貌及相结构,研究HCPEB处理对涂层的微观结构状态及组织成分的影响规律,以及最终对涂层热循环性能的影响规律。APS技术制备的热障涂层YSZ陶瓷层（APS-YSZ）呈典型的片层堆积结构,表面粗糙度较高,且分布有较多的未熔或半熔颗粒,并伴随有大量的孔隙与裂纹。APS-YSZ...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 热障涂层
1.2.1 热障涂层概述
1.2.2 热障涂层材料
1.2.2.1 陶瓷层材料
1.2.2.2 粘结层材料
1.2.3 热障涂层结构体系
1.2.4 热障涂层制备工艺
1.3 热障涂层高温服役性能及失效机理
1.3.1 热循环性能
1.3.2 高温热氧化性能
1.3.3 热腐蚀性能
1.3.4 改善热障碍涂层热循环性能研究进展
1.4 强流脉冲电子束(HCPEB)表面改性技术
1.4.1 HCPEB应用背景
1.4.2 HCPEB重熔在热障涂层中的应用
1.5 研究目标及内容
1.5.1 研究目标
1.5.2 研究内容
第二章 实验材料、设备及方法
2.1 实验材料
2.1.1 基体材料
2.1.2 粘结层材料
2.1.3 陶瓷层材料
2.2 热障涂层制备
2.3 HCPEB实验装备与辐照样品制备
2.3.1 “Hope-1”型强流脉冲电子束设备
2.3.2 HCPEB辐照样品制备
2.4 热障涂层性能测试
2.4.1 隔热性能
2.4.2 热循环性能
2.4.3 高温氧化性能
2.5 微观结构及性能表征
第三章 HCPEB辐照处理前后热障涂层微观结构分析
3.1 引言
3.2 YSZ陶瓷层表面相结构及微观形貌分析
3.2.1 表面相结构分析
3.2.2 表面微观形貌分析
3.2.3 截面微观形貌分析
3.2.4 三维形貌及表面粗糙度分析
3.3 HCPEB处理后YSZ陶瓷层表面相结构及微观形貌分析
3.3.1 表面相结构分析
3.3.2 表面微观形貌分析
3.3.3 断面微观形貌分析
3.3.4 三维形貌及表面粗糙度分析
3.4 结果讨论
3.4.1 APS-YSZ陶瓷层微观结构形成机制
3.4.2 HCPEB-YSZ陶瓷层微观结构形成机制
3.5 本章小结
第四章 950℃下热障涂层热循环性能研究
4.1 引言
4.2 HCPEB处理前后热障涂层隔热性能分析
4.3 等离子喷涂热障涂层热循环性能分析
4.3.1 热循环过程分析
4.3.2 热障涂层表面相结构分析
4.4 HCPEB处理后热障涂层热循环性能分析
4.4.1 热循环过程分析
4.4.2 热障涂层表面相结构分析
4.5 结果讨论
4.5.1 HCPEB处理对热障涂层隔热性能的影响
4.5.2 等离子喷涂热障涂层热循环失效机制分析
4.5.3 HCPEB处理对热障涂层热循环性能的影响机制分析
4.6 本章小结
第五章 1150℃下热障涂层热循环性能研究
5.1 引言
5.2 等离子喷涂热障涂层热循环性能分析
5.2.1 热循环过程动力学曲线
5.2.2 热循环过程分析
5.2.3 热障涂层表面相结构分析
5.3 HCPEB处理后热障涂层热循环性能分析
5.3.1 热循环过程动力学曲线
5.3.2 热循环过程
5.3.3 热障涂层表面相结构分析
5.4 HCPEB轰击前后热障涂层高温氧化性能分析
5.5 结果讨论
5.5.1 等离子喷涂热障涂层热循环失效机制分析
5.5.2 HCPEB处理对热障涂层热循环性能的影响机制分析
5.6 本章小结
第六章 结论
参考文献
在读期间论文发表情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Deformation mechanism and microstructures on polycrystalline aluminum induced by high-current pulsed electron beam[J]. CAI Jie,JI Le,YANG ShengZhi,WANG XiaoTong,LI Yan,HOU XiuLi,GUAN QingFeng. Chinese Science Bulletin. 2013(20)
[2]强流脉冲电子束作用下金属锆的微观结构与应力状态[J]. 蔡杰,季乐,杨盛志,张在强,刘世超,李艳,王晓彤,关庆丰. 物理学报. 2013(15)
[3]等离子喷涂热障涂层隔热性能分析方法[J]. 王千文,毛卫国,喻明. 材料导报. 2011(18)
[4]强流脉冲电子束作用下金属纯Cu的微观结构状态——空位簇缺陷及表面微孔结构[J]. 王雪涛,关庆丰,邱冬华,程秀围,李艳,彭冬晋,顾倩倩. 物理学报. 2010(10)
[5]热障涂层技术在航空发动机上的应用与发展[J]. 牟仁德,陆峰,何利民,贺世美,黄光宏. 热喷涂技术. 2009(01)
[6]强流脉冲电子束辐照诱发多晶纯铝中的空位缺陷簇结构[J]. 关庆丰,程笃庆,邱冬华,朱健,王雪涛,程秀围. 物理学报. 2009(07)
[7]热喷涂及电子束物理气相沉积技术在热障涂层制备中的应用[J]. 张红松,耿国强,杜可可,张政. 材料导报. 2009(13)
[8]热障涂层热导率的研究进展[J]. 史国栋,陈贵清,梁军,杜善义. 材料导报. 2006(10)
[9]氮化铝与无氧铜低温界面热阻的实验研究[J]. 石零,王惠龄,余新明. 真空与低温. 2004(02)
[10]界面接触热阻影响因素的实验研究[J]. 湛利华,李晓谦,胡仕成. 轻合金加工技术. 2002(09)
博士论文
[1]强流脉冲电子束作用下热障涂层热生长氧化物生长行为与应力状态[D]. 蔡杰.江苏大学 2015
[2]热障涂层隔热性能研究[D]. 牟仁德.北京航空材料研究院 2007
[3]强流脉冲电子束材料表面改性基础研究：在金属及金属间化合物上的应用[D]. 邹建新.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]Y2O3-ZrO2热障涂层高温氧化、腐蚀及抗热震性能研究[D]. 张佐伊.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3183603
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 热障涂层
1.2.1 热障涂层概述
1.2.2 热障涂层材料
1.2.2.1 陶瓷层材料
1.2.2.2 粘结层材料
1.2.3 热障涂层结构体系
1.2.4 热障涂层制备工艺
1.3 热障涂层高温服役性能及失效机理
1.3.1 热循环性能
1.3.2 高温热氧化性能
1.3.3 热腐蚀性能
1.3.4 改善热障碍涂层热循环性能研究进展
1.4 强流脉冲电子束(HCPEB)表面改性技术
1.4.1 HCPEB应用背景
1.4.2 HCPEB重熔在热障涂层中的应用
1.5 研究目标及内容
1.5.1 研究目标
1.5.2 研究内容
第二章 实验材料、设备及方法
2.1 实验材料
2.1.1 基体材料
2.1.2 粘结层材料
2.1.3 陶瓷层材料
2.2 热障涂层制备
2.3 HCPEB实验装备与辐照样品制备
2.3.1 “Hope-1”型强流脉冲电子束设备
2.3.2 HCPEB辐照样品制备
2.4 热障涂层性能测试
2.4.1 隔热性能
2.4.2 热循环性能
2.4.3 高温氧化性能
2.5 微观结构及性能表征
第三章 HCPEB辐照处理前后热障涂层微观结构分析
3.1 引言
3.2 YSZ陶瓷层表面相结构及微观形貌分析
3.2.1 表面相结构分析
3.2.2 表面微观形貌分析
3.2.3 截面微观形貌分析
3.2.4 三维形貌及表面粗糙度分析
3.3 HCPEB处理后YSZ陶瓷层表面相结构及微观形貌分析
3.3.1 表面相结构分析
3.3.2 表面微观形貌分析
3.3.3 断面微观形貌分析
3.3.4 三维形貌及表面粗糙度分析
3.4 结果讨论
3.4.1 APS-YSZ陶瓷层微观结构形成机制
3.4.2 HCPEB-YSZ陶瓷层微观结构形成机制
3.5 本章小结
第四章 950℃下热障涂层热循环性能研究
4.1 引言
4.2 HCPEB处理前后热障涂层隔热性能分析
4.3 等离子喷涂热障涂层热循环性能分析
4.3.1 热循环过程分析
4.3.2 热障涂层表面相结构分析
4.4 HCPEB处理后热障涂层热循环性能分析
4.4.1 热循环过程分析
4.4.2 热障涂层表面相结构分析
4.5 结果讨论
4.5.1 HCPEB处理对热障涂层隔热性能的影响
4.5.2 等离子喷涂热障涂层热循环失效机制分析
4.5.3 HCPEB处理对热障涂层热循环性能的影响机制分析
4.6 本章小结
第五章 1150℃下热障涂层热循环性能研究
5.1 引言
5.2 等离子喷涂热障涂层热循环性能分析
5.2.1 热循环过程动力学曲线
5.2.2 热循环过程分析
5.2.3 热障涂层表面相结构分析
5.3 HCPEB处理后热障涂层热循环性能分析
5.3.1 热循环过程动力学曲线
5.3.2 热循环过程
5.3.3 热障涂层表面相结构分析
5.4 HCPEB轰击前后热障涂层高温氧化性能分析
5.5 结果讨论
5.5.1 等离子喷涂热障涂层热循环失效机制分析
5.5.2 HCPEB处理对热障涂层热循环性能的影响机制分析
5.6 本章小结
第六章 结论
参考文献
在读期间论文发表情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Deformation mechanism and microstructures on polycrystalline aluminum induced by high-current pulsed electron beam[J]. CAI Jie,JI Le,YANG ShengZhi,WANG XiaoTong,LI Yan,HOU XiuLi,GUAN QingFeng. Chinese Science Bulletin. 2013(20)
[2]强流脉冲电子束作用下金属锆的微观结构与应力状态[J]. 蔡杰,季乐,杨盛志,张在强,刘世超,李艳,王晓彤,关庆丰. 物理学报. 2013(15)
[3]等离子喷涂热障涂层隔热性能分析方法[J]. 王千文,毛卫国,喻明. 材料导报. 2011(18)
[4]强流脉冲电子束作用下金属纯Cu的微观结构状态——空位簇缺陷及表面微孔结构[J]. 王雪涛,关庆丰,邱冬华,程秀围,李艳,彭冬晋,顾倩倩. 物理学报. 2010(10)
[5]热障涂层技术在航空发动机上的应用与发展[J]. 牟仁德,陆峰,何利民,贺世美,黄光宏. 热喷涂技术. 2009(01)
[6]强流脉冲电子束辐照诱发多晶纯铝中的空位缺陷簇结构[J]. 关庆丰,程笃庆,邱冬华,朱健,王雪涛,程秀围. 物理学报. 2009(07)
[7]热喷涂及电子束物理气相沉积技术在热障涂层制备中的应用[J]. 张红松,耿国强,杜可可,张政. 材料导报. 2009(13)
[8]热障涂层热导率的研究进展[J]. 史国栋,陈贵清,梁军,杜善义. 材料导报. 2006(10)
[9]氮化铝与无氧铜低温界面热阻的实验研究[J]. 石零,王惠龄,余新明. 真空与低温. 2004(02)
[10]界面接触热阻影响因素的实验研究[J]. 湛利华,李晓谦,胡仕成. 轻合金加工技术. 2002(09)
博士论文
[1]强流脉冲电子束作用下热障涂层热生长氧化物生长行为与应力状态[D]. 蔡杰.江苏大学 2015
[2]热障涂层隔热性能研究[D]. 牟仁德.北京航空材料研究院 2007
[3]强流脉冲电子束材料表面改性基础研究：在金属及金属间化合物上的应用[D]. 邹建新.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]Y2O3-ZrO2热障涂层高温氧化、腐蚀及抗热震性能研究[D]. 张佐伊.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3183603
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