纵向结构热障涂层的制备及其热循环寿命的研究

发布时间：2020-05-20 11:01

【摘要】：提高发动机涡轮前的进口温度是航空发动机获得更大推重比的关键,为此需要进一步提高航空发动机涡轮叶片和燃烧室的抗高温能力。提高航空发动机抗高温能力的主要途径之一是:在基体合金的表面上涂覆热障涂层(TBC)。目前应用最成熟的是“MCrAlY金属粘结层+Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)陶瓷面层”的双层结构热障涂层体系。这项技术在应用过程中存在着一定的问题,其中发生频率最高、影响最显著的是热循环过程中陶瓷面层的早期剥落,这会导致热障涂层寿命不可靠,成为热障涂层在应用过程中亟需解决的问题。本论文在“冷冻浇注”的工艺基础上,以叔丁醇作为液相介质,制备具有纵向通孔结构的陶瓷面层。讨论了纵向通孔结构陶瓷的形成过程,并从气孔率、抗压强度和收缩性能方面对其进行了评价。通过调整工艺参数,制备出孔径分布均匀、孔径尺寸大且抗压强度较高的YSZ陶瓷涂层。通过调节料浆的固含量、冷冻浇注温度和烧结成型温度,研究了固含量、冷冻浇注温度和烧结成型温度对YSZ陶瓷的孔隙率、抗压强度、孔径尺寸和收缩率以及其显微结构形貌的影响。实验制备的陶瓷涂层孔径分布均匀,孔隙率在30%~75%之间,相应的抗压强度为31~3MPa。另一方面,结合高温重熔和等离子喷涂技术,制备纵向结构热障涂层,并与APS方法制备的热障涂层分别对其显微硬度、界面断裂韧性、隔热性能和热循环寿命进行对比测试分析。实验结果表明,纵向结构热障涂层具有较低的显微硬度和较大的断裂韧性,涂层的抗脆性断裂能力较好。由于纵向结构热障涂层内部有闭孔的存在,而空气的热导率特别小,在高温下其热阻比APS制备的涂层大一个数量级,即隔热性能更好。另外,纵向结构热障涂层能够释放在热循环过程中产生的热应力,减缓了陶瓷面层和粘结层界面处的应力累积,所以其抗热震性能更好,即热循环寿命更高。
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG174.453

【参考文献】

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本文编号：2672521