CMAS腐蚀对热障涂层中氧化锆相稳定性的影响

发布时间：2017-04-08 17:07

  本文关键词：CMAS腐蚀对热障涂层中氧化锆相稳定性的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：热障涂层广泛地应用于航空发动机中,它可以起到保护耐热合金部件,提高其在严酷环境下的工作温度的作用,是航空发动机上的一种关键材料。通常情况下,航空发动机内燃烧室的工作温度是在1400℃左右。在该服役温度范围内,氧化锆陶瓷层很容易发生四方相氧化锆到单斜相氧化锆的相转变。氧化锆单斜相和四方相之间的转变会伴随着5%左右的体积转变,使涂层在使用过程中产生巨大的相变应力,造成涂层的破坏。本文采用XRD、拉曼光谱、SEM和TEM等微观结构表征手段,对以电子束物理气相沉积法在氧化铝基底制备得到的氧化钇掺杂稳定的氧化锆热障涂层材料在1250℃、4 h下高温烧结和CMAS腐蚀前后的微观组织结构进行对比分析。其主要研究内容及结果如下:第一、在实验室中,人工制备了CMAS粉末并对其进行了热物理性能分析。通过对CMAS粉末的粒度进行测试,发现其粒径在15μm左右,满足进行热障涂层CMAS腐蚀试验所需颗粒尺寸要求;对CMAS粉进行XRD检测,结果表明CMAS粉末主要以非晶态存在,且经过高温烧结后的CMAS各成分之间没有发生明显的化学反应。对CMAS粉末进行的DSC检测显示CMAS粉末的融化起始温度是1170℃左右。根据研究需要,设计了如下的试验方案:原始样品、1250℃下保温4 h烧结试验、1250℃下保温4 h后CMAS腐蚀试验。第二、比较了烧结和CMAS腐蚀对TBCs陶瓷层中氧化锆相稳定性的影响。主要发现:烧结样品中氧化锆陶瓷层仍然保持原始样品中所具有的四方相氧化锆,没有单斜相的氧化锆(m-ZrO_2)的产生。而CMAS腐蚀样品中陶瓷层中除了主要存在四方相氧化锆外,在其上部区域的柱状晶内部出现了一些单斜相(m-ZrO_2)。单斜相氧化锆的分布比较零散,尺寸大概在几十到一百纳米之间。因此,我们认为CMAS诱导作用是YSZ发生相变的主要原因。第三、通过采用TEM对1250℃、保温4 h下CMAS腐蚀的YSZ陶瓷层进行进一步的微观结构表征;并对CMAS诱导下YSZ中单斜相的形成机理进行了研究。我们发现由于CMAS的催化和诱导作用,陶瓷层中钇元素发生扩散,产生类似“偏聚”现象,使得某些区域的钇元素含量高,这些区域氧化锆和氧化钇发生反应,生成Zr_2Y_2O_7相;而另外一些区域钇元素含量低,导致产生了有害的单斜相氧化锆。
【关键词】：热障涂层(TBCs) CMAS腐蚀 相变
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 热障涂层简介10-15
• 1.2.1 热障涂层技术发展历程10-11
• 1.2.2 热障涂层的结构与材料11-12
• 1.2.3 热障涂层的制备工艺12-15
• 1.3 YSZ热障涂层的研究现状15-21
• 1.3.1 热障涂层的失效15-17
• 1.3.2 热障涂层的相变研究17-21
• 1.4 选题依据及研究内容21-23
• 第2章 CMAS粉末制备、腐蚀实验方案设计23-32
• 2.1 引言23
• 2.2 CMAS粉末的实验室制备方法23-26
• 2.2.1 本文所用CMAS粉末组分设计23-24
• 2.2.2 CMAS粉末制备24-26
• 2.3 热障涂层的制备及CMAS腐蚀试验方案设计26
• 2.4 表征手段26-28
• 2.5 TEM截面样品的制备28-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第3章 烧结和CMAS腐蚀下EB-PVD YSZ热障涂层相稳定性的比较32-41
• 3.1 引言32
• 3.2 实验结果分析32-40
• 3.2.1 CMAS粉末热物理性能测试32-34
• 3.2.2 原始样品、高温烧结和CMAS腐蚀样品的XRD分析34-36
• 3.2.3 原始样品、高温烧结和CMAS腐蚀样品的拉曼分析36-38
• 3.2.4 CMAS腐蚀前后样品的SEM分析38-39
• 3.2.5 烧结前后样品的SEM分析39-40
• 3.3 本章小结40-41
• 第4章 CMAS腐蚀诱导下单斜相氧化锆的形成机理分析41-50
• 4.1 引言41-42
• 4.2 结果分析42-47
• 4.2.1 YSZ中一些代表性区域的TEM形貌分析42-43
• 4.2.2 氧化锆中各相的高分辨和电子衍射分析43-46
• 4.2.3 新相Zr_2Y_2O_7的鉴定46-47
• 4.3 讨论47-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第5章 总结与展望50-52
• 5.1 工作总结50-51
• 5.2 工作展望51-52
• 参考文献52-56
• 致谢56-57
• 个人简介、攻读硕士学位期间发表的学术论文57

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王利强 ,阎殿然 ,何继宁 ,宋向阳;热障涂层研究状况及进展[J];新技术新工艺;2002年03期

2 谢冬柏,王福会;热障涂层研究的历史与现状[J];材料导报;2002年03期

3 刘志;周洪;;热障涂层研究进展[J];河海大学常州分校学报;2006年03期

4 李美Y，

本文编号：293289