当前位置:主页 > 科技论文 > 铸造论文 >

轻质结构材料表面激光熔覆耐高温、隔热涂层研究

发布时间:2018-06-09 21:44

  本文选题:轻质结构材料 + 激光熔覆 ; 参考:《大连理工大学》2016年硕士论文


【摘要】:钛合金和SiC纤维复合材料以其低密度、高比强、耐高温等优异性能而广泛应用于高超声速飞行器热端部件,但随着高超声速飞行器飞行速度的不断提升使得高温热端部件的服役条件面临更加严苛的要求。为改善钛合金在极高温度下使用抗高温氧化性能不足和SiC纤维复合材料换热系数低极高温度下易烧损的情形,通过在钛合金和SiC纤维复合材料表面制备具有可耐极高温度和隔热性能的涂层将具备重要的工程价值。本文利用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备了不同Ti添加量的Nb-Al-Ti高温合金涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电子探针等现代微观检测技术以及显微硬度计、热重分析仪等性能检测设备,系统分析了Ti添加量对涂层微观组织及性能的影响规律。同时利用等离子喷涂技术在SiC纤维复合材料表面制备了不同CeO2添加量的CeO2/Y2O3-ZrO2的隔热涂层,并对涂层表面进行了激光上釉处理。利用以上微观分析技术及高级傅里叶红外变换光谱仪、隔热性能测试装置等性能检测设备,系统分析CeO2添加量对涂层组织形貌及性能的影响规律。铌合金以其高熔点、低密度、高温强度大等特点,成为了替代镍基、钴基高温合金及铝系中间合金极有潜力的高温结构材料之一,且通过合金化的方法加入Ti、Al等元素显著改善了铌合金的抗高温氧化性能。研究表明,随着Ti添加量的增加合金涂层依次形成了β-(Nb,Ti)树枝晶+枝晶间Nb3Al和β-(Nb,Ti)树枝晶+枝晶间NbsAl+Nb1Al组织,且β-(Nb,Ti)树枝晶的含量随Ti添加量的增加逐渐降低,而Nb3Al的含量先增加后降低再增加,当Ti添加量超过23.0 at.%时,涂层中开始出现Nb2Al相,并随Ti添加量的增加而增加。当Ti添加量达到37.0 at.%时,Nb3Al的生长形态发生了变化。合金涂层的显微硬度随着Ti添加量的增加逐渐增加,受金属间化合物数量和微观偏析等因素的影响,当Ti添加量为23.0 at.%时涂层具有最佳的抗高温氧化性能。(6%~8%Y203)-Zr02热障涂层材料以低热导率、高热膨胀系数等性能广泛应用于航空航天领域热端部件,通过向涂层中加入不同含量的CeO2以期提升ZrO2高温下的稳定性进而提升涂层服役温度。结果表明,随着CeO2添加量的增加,喷涂态涂层中四方相ZrO2的含量逐渐增加,涂层表面孔隙及微观裂纹数量减少,致密度提高;经激光上釉处理后消除了表面的孔洞和裂纹,表面呈现均匀平整的玻璃状,且随着CeO2添加量的增加表面柱状晶的尺寸逐渐减小。通过隔热性能试验表明,添加CeO2的涂层具有比传统热障涂层更好的隔热性能,且随着CeO2添加量的增加,涂层隔热性能呈现增加的趋势。
[Abstract]:Titanium alloy and sic fiber composites are widely used in the hot end parts of hypersonic aircraft due to their low density, high ratio, high temperature resistance and other excellent properties. However, with the increasing flight speed of hypersonic vehicles, the service conditions of the components at high temperature and hot end are facing more stringent requirements. In order to improve the low oxidation resistance of titanium alloy at very high temperature and the low heat transfer coefficient of sic fiber composites, the heat transfer coefficient of sic fiber composites is easy to burn at very high temperature. It is of great engineering value to prepare coatings on the surface of titanium alloy and sic fiber composites which can withstand extremely high temperature and heat insulation. In this paper, Nb-Al-Ti superalloy coatings with different amounts of Ti were prepared on the surface of TC4 titanium alloy by laser cladding technique. The effects of Ti addition on the microstructure and properties of coatings were systematically analyzed by means of X-ray diffractometer, scanning electron microscope, electron probe, microhardness tester and thermogravimetric analyzer. At the same time, the thermal insulation coating of CEO _ 2 / Y _ 2O _ 3-ZrO _ 2 with different amount of CEO _ 2 was prepared on sic fiber composite surface by plasma spraying technology, and the coating surface was glazed by laser. The effects of CeO2 addition on the microstructure and properties of the coatings were systematically analyzed by means of the above micro-analysis techniques, advanced Fourier transform spectrometer and thermal insulation testing equipment. Because of its high melting point, low density and high strength at high temperature, niobium alloy has become one of the most potential high-temperature structural materials instead of nickel base, cobalt base superalloy and aluminum master alloy. The oxidation resistance of niobium alloy was improved by alloying tial and other elements. The results show that the structure of Nb3Al and Nb1Al between dendritic dendrite and NbsAl Nb1Al among dendritic dendrites are formed with the increase of Ti content, and the content of NbsAl Nb1Al) dendritic grains decreases with the increase of Ti content, and the content of NbsAl Nb1Al in dendritic coatings decreases with the increase of Ti content, and the content of NbsAl Nb1Al in dendritic dendrites decreases with the increase of Ti content. However, the content of NB _ 3AL increased first and then decreased, and then increased. When Ti content exceeded 23.0 at.%, the NB _ 2AL phase began to appear in the coating and increased with the increase of Ti content. The growth morphology of NB _ 3AL was changed when Ti content reached 37.0 at.%. The microhardness of the alloy coating increases with the increase of Ti content, which is affected by the number of intermetallic compounds and microsegregation. When Ti content is 23. 0 at.%, the coating has the best oxidation resistance at high temperature. Y203-Zr02 thermal barrier coating material has been widely used in aerospace hot end parts with low thermal conductivity and high thermal expansion coefficient. By adding different amounts of CeO2 to the coating to improve the stability of ZrO _ 2 at high temperature and then to raise the service temperature of the coating. The results show that the content of tetragonal phase ZrO _ 2 in sprayed coating increases with the increase of CEO _ 2 content, the number of pores and micro-cracks on the coating surface decreases and the density increases, and the holes and cracks on the surface are eliminated after laser glazing. The surface is flat glass and the size of the columnar crystal decreases with the increase of CeO2 content. The results of thermal insulation test show that the coating with CeO2 has better thermal insulation performance than the traditional thermal barrier coating, and the thermal insulation performance of the coating increases with the increase of the amount of CeO2.
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TG174.4

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 马琳;原津萍;张平;赵军军;;多道激光熔覆温度场的有限元数值模拟[J];焊接学报;2007年07期

2 陈列;谢沛霖;;齿面激光熔覆中的防边缘塌陷工艺研究[J];激光技术;2007年05期

3 孙会来;赵方方;林树忠;齐向阳;;激光熔覆研究现状与发展趋势[J];激光杂志;2008年01期

4 陈志坤;刘敏;曾德长;马文有;;激光熔覆裂纹的产生原因及消除方法探究[J];激光杂志;2009年01期

5 郑晖;韩志仁;陈江;王国栋;;采用激光熔覆方法校轴的试验研究[J];东北大学学报(自然科学版);2010年12期

6 朱晨光;孙耀宁;于青;;激光熔覆温度场的数值模拟研究进展[J];热加工工艺;2012年08期

7 周思华;郭艳花;晁明举;刘奎立;;金属表面激光熔覆处理技术的研究[J];周口师范学院学报;2013年05期

8 郭伟,徐庆鸿,田锡唐;激光熔覆的研究发展状况[J];宇航材料工艺;1998年01期

9 郭伟,徐庆鸿,田锡唐;激光熔覆的研究发展状况[J];宇航材料工艺;1998年02期

10 李必文,石世宏,王新林;激光熔覆化工阀门的实验与质量控制[J];热加工工艺;2000年01期

相关会议论文 前10条

1 邓琦林;谢安宁;周广才;;激光熔覆修复技术的基础试验研究[A];2005年中国机械工程学会年会论文集[C];2005年

2 邓琦林;谢安宁;周广才;;激光熔覆修复技术的基础试验研究[A];2005年中国机械工程学会年会第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年

3 邓琦林;谢安宁;周广才;;激光熔覆修复技术的基础试验研究[A];2005年中国机械工程学会年会论文集第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年

4 张万红;方亮;赵刚;;液相分散沉降法制备激光熔覆预涂涂层的研究[A];第五届全国表面工程学术会议论文集[C];2004年

5 陈畅源;邓琦林;葛志军;;激光熔覆中的应力研究[A];上海市激光学会2005年学术年会论文集[C];2005年

6 邓琦林;;舰船关键零件的激光熔覆修复[A];第13届全国特种加工学术会议论文集[C];2009年

7 王明娣;刘秀波;郭开波;宋成法;傅戈雁;石世宏;;激光熔覆成形件的应力分析与裂纹控制[A];第14届全国特种加工学术会议论文集[C];2011年

8 王永峰;田欣利;薛春芳;;送粉式激光熔覆能量利用率的分析模型[A];第十届全国特种加工学术会议论文集[C];2003年

9 黄延禄;杨永强;;双方程边界耦合法激光熔覆传质过程数值模拟[A];中西南十省区(市)焊接学会联合会第九届年会论文集[C];2006年

10 刘继常;;激光熔覆工艺理论与试验研究[A];第15届全国特种加工学术会议论文集(下)[C];2013年

相关重要报纸文章 前4条

1 翟扬;激光熔覆硼、钛材料市场海阔天空[N];中国有色金属报;2003年

2 汤兆宏;激光熔覆专利技术修复绥中电厂80万千瓦汽轮机围带铆钉损伤[N];中国电力报;2008年

3 记者 赵静;激光熔覆术成功再造煤矿机械[N];中国煤炭报;2013年

4 本报记者 汤兆宏;成功修复宝钢自备电厂35万千瓦汽轮机缸体[N];中国电力报;2008年

相关博士学位论文 前10条

1 赵彦华;KMN钢压缩机叶片激光熔覆修复及后续加工特性研究[D];山东大学;2015年

2 闫晓玲;激光熔覆再制造零件超声检测数值模拟与实验研究[D];北京理工大学;2015年

3 方金祥;激光熔覆成形马氏体不锈钢应力演化及调控机制[D];哈尔滨工业大学;2016年

4 熊征;激光熔覆强化和修复薄壁型零部件关键技术基础研究[D];华中科技大学;2009年

5 黄凤晓;激光熔覆和熔覆成形镍基合金的组织与性能研究[D];吉林大学;2011年

6 张庆茂;送粉激光熔覆应用基础理论的研究[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2000年

7 张三川;送粉激光熔覆陶瓷掺杂复合涂层技术及涂层成形机理研究[D];郑州大学;2002年

8 李明喜;钴基合金及其纳米复合材料激光熔覆涂层研究[D];东南大学;2004年

9 郑敏;钛合金表面激光熔覆制备生物陶瓷涂层及其生物活性研究[D];兰州理工大学;2008年

10 王明娣;基于光内送粉的激光熔覆快速制造机理与工艺研究[D];南京航空航天大学;2008年

相关硕士学位论文 前10条

1 许波;面向绿色再制造的单道激光熔覆几何特征的研究[D];南京航空航天大学;2011年

2 卢云龙;激光熔覆硅化物三元合金涂层的组织与性能研究[D];上海工程技术大学;2015年

3 付志凯;轮轨材料激光溶覆Fe基合金涂层的微观组织与磨损性能研究[D];西南交通大学;2015年

4 李培源;钢材表面非晶化工艺与性能研究[D];南京理工大学;2015年

5 杭小琳;激光铣削对激光熔覆成形件的整形机理和试验研究[D];苏州大学;2015年

6 梁斌;基于大功率半导体激光熔覆的环模再制造研究[D];燕山大学;2015年

7 相占凤;添加固体润滑剂hBN的钛合金激光熔覆高温耐磨复合涂层研究[D];苏州大学;2015年

8 邓居军;磁化—激光熔覆复合技术强化与修复零部件表面性能的研究[D];江西理工大学;2015年

9 艾铭杰;Cr12MoV模具钢表面激光熔覆层组织及性能研究[D];山东大学;2015年

10 赵文雨;2Cr12MoV表面激光熔覆Stellite 6涂层的组织及性能研究[D];上海交通大学;2015年



本文编号:2000933

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/2000933.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户7842d***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com