LZO/8YSZ双陶瓷热障涂层高温氧化及CMAS腐蚀性能研究
发布时间：2021-06-16 14:57
热障涂层（Thermal Barrier Coatings,TBCs）由高温合金基体、粘结层（Bond-Coat,BC）、陶瓷隔热涂层（Top-Coat,TC）构成。目前被广泛应用的热障涂层陶瓷材料为8 wt%的氧化钇部分稳定氧化锆（8 wt%Yttria-stabilized zirconia,8YSZ）,其具有较低的热导率（0.69-2.4 W/（m·K）（1273 K））,高的强度和断裂韧性(1.33.2 MPa·m1/2)。但是,温度大于1100℃时,陶瓷层中更高的氧扩散速率会导致金属粘结层氧化加速、YSZ/热生长氧化物（Thermally Grown Oxide,TGO）界面晶格参数失配;另外在1170℃以上的钙镁铝硅氧化物（CaO-MgO-Al2O3-SiO2,CMAS）腐蚀环境服役时,会因YSZ涂层中钇元素缺失而导致相变,进而引发裂纹及过早剥落的现象等问题限制其在更高温度、更复杂环境下的应用。本研究利用锆酸镧（La2Zr2
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
燃气轮机内部结构和TBC[2]
a) 双陶瓷模型 b) 功能梯度模型 c) 复合模型图 1.2 热障涂层模型结构1）双陶瓷模型（双粘结层模型）：是由 2 个陶瓷层（或 2 个粘结层）组成。其中陶瓷层 2 通常为功能层，可以为隔热层、阻氧层、抗腐蚀层等。陶瓷层 1 为 YSZ 层，用来缓解金属过渡层和陶瓷层 2 之间的热膨胀系数不匹配。2）功能梯度模型（FGC）：主要分金属粉（常为 MCrAlY）与陶瓷粉（YSZ）成分的梯度变化和陶瓷粉与陶瓷粉成分的梯度变化两种[14,15]。由于涂层材料成分的梯度变化，降低了层与层间的热应力，有效提高了整个涂层系统的抗热冲击性。但是，功能梯度模型不适于热膨胀系数差别很大的材料，且制备工艺上还无法实现真正的连续过渡。3）复合模型：典型的复合涂层包括 5 层，不同的层级其作用也不同。如防扩散层（防扩散障）材料要求具有低的氧离子，制备厚度较薄。相比经典双层结构，双陶瓷模型（双粘结层模型）、功能梯度模型、复合模型无疑为更复杂恶劣环境下的服役提供了新思路，其功效也得到了相应的试验证明。如：L.Wang等[16]表明，大气等离子喷涂 LZO/8YSZ 双陶瓷 TBCs 比 8YSZ 单陶瓷 TBCs 循环寿命更长，包括常规结构材料和纳米结构材料。Khor 等[17]用大气等离子喷涂技术制备了 YSZ
粒子获得的速率高，且喷涂工艺自身沉积效率高，喷涂厚度涂层性能更优异[26]。但后来研究发现，HVOF 也能获得氧化程度属粘结层，且成本远低于 LPPS。S 又称为冷气动力喷涂。即搭载高压气体（He、N2、混合气体或枪产生超音速流，撞击基体表面的高速粉末颗粒在固态的情况下因终沉积为涂层的现象。冷喷涂的温度一般均低于喷涂粉末的熔点，化和由热引起的缺陷问题。但是使用氦气带来的高成本和对喷涂粉求，使得这种工艺的应用面较窄。-Gun 是将涂层粉末送入通有乙炔（或丙烷）和氧气的燃烧室内，产生高压冲击波，将送入喷枪的粉末沿枪管喷射到工件表面形成涂原理如图 1.3。该工艺主要有以下优点[28]：制得的涂层具有较高的较为致密且孔隙率低。由于粉末粒子飞行速度快，而受加速的时冲击动能就很高，获得的涂层与基体间的结合强度好，内部致密均艺属于脉冲式喷涂，高的焰流对基材表面作用时间短，所以基材在般不超过 200℃，对基体材料的热损伤就小。图 1.4 为 D-Gun 制备
【参考文献】：
期刊论文
[1]热处理温度对爆炸喷涂Al2O3/NiCoCrAlYTa涂层组织性能的影响[J]. 卫旭峰,徐涛,李德元,张广伟. 材料热处理学报. 2018(04)
[2]热障涂层在CMAS环境下的失效与防护[J]. 杨姗洁,彭徽,郭洪波. 航空材料学报. 2018(02)
[3]热障涂层的CMAS腐蚀失效及对策研究[J]. 亢永霞,白宇,刘琨,王玉,唐健江,韩志海. 稀有金属材料与工程. 2017(01)
[4]热喷涂纳米结构La2Zr2O7（LZ）/8YSZ双陶瓷热障涂层[J]. 王铀,王亮,刘赛月,刘勇,王超会,邹志伟. 中国表面工程. 2016(01)
[5]新型高温/超高温热障涂层及制备技术研究进展[J]. 郭洪波,宫声凯,徐惠彬. 航空学报. 2014(10)
[6]高温防护涂层研究进展[J]. 王心悦,辛丽,韦华,朱圣龙,王福会. 腐蚀科学与防护技术. 2013(03)
[7]CMAS环境下电子束物理气相沉积热障涂层的热循环行为及失效机制[J]. 苗文辉,王璐,郭洪波,彭徽,王凯,宫声凯. 复合材料学报. 2012(05)
[8]热障涂层用La2O3、Y2O3共掺杂ZrO2陶瓷粉末的制备及其相稳定性[J]. 刘怀菲,李松林,李其连,李勇明,周伍喜. 无机材料学报. 2009(06)
博士论文
[1]悬浮液等离子喷涂La2Zr2O7/8YSZ梯度热障涂层的制备与性能研究[D]. 王超会.哈尔滨工业大学 2016
[2]锆酸镧热障涂层研究[D]. 王璟.国防科学技术大学 2009
硕士论文
[1]高温烧结和CMAS腐蚀对APS热障涂层微观组织结构影响的比较[D]. 吴谊友.湘潭大学 2017
[2]热障涂层粘结层成分优化设计研究[D]. 邱琳.上海交通大学 2014
本文编号：3233280
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
燃气轮机内部结构和TBC[2]
a) 双陶瓷模型 b) 功能梯度模型 c) 复合模型图 1.2 热障涂层模型结构1）双陶瓷模型（双粘结层模型）：是由 2 个陶瓷层（或 2 个粘结层）组成。其中陶瓷层 2 通常为功能层，可以为隔热层、阻氧层、抗腐蚀层等。陶瓷层 1 为 YSZ 层，用来缓解金属过渡层和陶瓷层 2 之间的热膨胀系数不匹配。2）功能梯度模型（FGC）：主要分金属粉（常为 MCrAlY）与陶瓷粉（YSZ）成分的梯度变化和陶瓷粉与陶瓷粉成分的梯度变化两种[14,15]。由于涂层材料成分的梯度变化，降低了层与层间的热应力，有效提高了整个涂层系统的抗热冲击性。但是，功能梯度模型不适于热膨胀系数差别很大的材料，且制备工艺上还无法实现真正的连续过渡。3）复合模型：典型的复合涂层包括 5 层，不同的层级其作用也不同。如防扩散层（防扩散障）材料要求具有低的氧离子，制备厚度较薄。相比经典双层结构，双陶瓷模型（双粘结层模型）、功能梯度模型、复合模型无疑为更复杂恶劣环境下的服役提供了新思路，其功效也得到了相应的试验证明。如：L.Wang等[16]表明，大气等离子喷涂 LZO/8YSZ 双陶瓷 TBCs 比 8YSZ 单陶瓷 TBCs 循环寿命更长，包括常规结构材料和纳米结构材料。Khor 等[17]用大气等离子喷涂技术制备了 YSZ
粒子获得的速率高，且喷涂工艺自身沉积效率高，喷涂厚度涂层性能更优异[26]。但后来研究发现，HVOF 也能获得氧化程度属粘结层，且成本远低于 LPPS。S 又称为冷气动力喷涂。即搭载高压气体（He、N2、混合气体或枪产生超音速流，撞击基体表面的高速粉末颗粒在固态的情况下因终沉积为涂层的现象。冷喷涂的温度一般均低于喷涂粉末的熔点，化和由热引起的缺陷问题。但是使用氦气带来的高成本和对喷涂粉求，使得这种工艺的应用面较窄。-Gun 是将涂层粉末送入通有乙炔（或丙烷）和氧气的燃烧室内，产生高压冲击波，将送入喷枪的粉末沿枪管喷射到工件表面形成涂原理如图 1.3。该工艺主要有以下优点[28]：制得的涂层具有较高的较为致密且孔隙率低。由于粉末粒子飞行速度快，而受加速的时冲击动能就很高，获得的涂层与基体间的结合强度好，内部致密均艺属于脉冲式喷涂，高的焰流对基材表面作用时间短，所以基材在般不超过 200℃，对基体材料的热损伤就小。图 1.4 为 D-Gun 制备
【参考文献】：
期刊论文
[1]热处理温度对爆炸喷涂Al2O3/NiCoCrAlYTa涂层组织性能的影响[J]. 卫旭峰,徐涛,李德元,张广伟. 材料热处理学报. 2018(04)
[2]热障涂层在CMAS环境下的失效与防护[J]. 杨姗洁,彭徽,郭洪波. 航空材料学报. 2018(02)
[3]热障涂层的CMAS腐蚀失效及对策研究[J]. 亢永霞,白宇,刘琨,王玉,唐健江,韩志海. 稀有金属材料与工程. 2017(01)
[4]热喷涂纳米结构La2Zr2O7（LZ）/8YSZ双陶瓷热障涂层[J]. 王铀,王亮,刘赛月,刘勇,王超会,邹志伟. 中国表面工程. 2016(01)
[5]新型高温/超高温热障涂层及制备技术研究进展[J]. 郭洪波,宫声凯,徐惠彬. 航空学报. 2014(10)
[6]高温防护涂层研究进展[J]. 王心悦,辛丽,韦华,朱圣龙,王福会. 腐蚀科学与防护技术. 2013(03)
[7]CMAS环境下电子束物理气相沉积热障涂层的热循环行为及失效机制[J]. 苗文辉,王璐,郭洪波,彭徽,王凯,宫声凯. 复合材料学报. 2012(05)
[8]热障涂层用La2O3、Y2O3共掺杂ZrO2陶瓷粉末的制备及其相稳定性[J]. 刘怀菲,李松林,李其连,李勇明,周伍喜. 无机材料学报. 2009(06)
博士论文
[1]悬浮液等离子喷涂La2Zr2O7/8YSZ梯度热障涂层的制备与性能研究[D]. 王超会.哈尔滨工业大学 2016
[2]锆酸镧热障涂层研究[D]. 王璟.国防科学技术大学 2009
硕士论文
[1]高温烧结和CMAS腐蚀对APS热障涂层微观组织结构影响的比较[D]. 吴谊友.湘潭大学 2017
[2]热障涂层粘结层成分优化设计研究[D]. 邱琳.上海交通大学 2014
本文编号：3233280
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