γ-TiAl表面多弧离子镀NiCr/YSZ涂层工艺及高温腐蚀性能研究
发布时间：2021-03-02 13:02
γ-TiAl金属间化合物具有密度小、比强度和比模量高等特点,优异的力学性能使其成为理想的轻质高温结构材料,应用前景广泛,但是γ-TiAl存在的抗高温氧化性能与耐热腐蚀性能不足等缺陷限制了其应用。基于上述问题,本课题采用多弧离子镀技术在γ-TiAl表面制备NiCr/YSZ涂层,以提高其高温性能并深入探究其高温氧化和热腐蚀机理。对NiCr/YSZ\涂层的结构进行有限元优化设计,找到了涂层厚度最优组合为NiCr层5μm,YSZ层10μm。通过改变各工艺参数进行正交试验探索,得到的多弧离子镀膜工艺最佳参数为:偏压-200V,弧电流80A,工作气压0.7Pa,腔室温度400℃。最佳工艺参数下制备的NiCr/YSZ涂层表面平坦致密,存在少量金属颗粒,厚度约15μm,与γ-TiAl基体结合良好。镀NiCr/YSZ涂层的显微硬度平均值为853.4HV0.1,约为γ-TiAl的2.77倍。热震试验表明,热震60次时,由于热震时产生很大的热应力,导致裂纹扩展很快使YSZ涂层边缘开始脱落,涂层抗热震性能较好,涂层结合强度较高。通过恒温氧化试验对比探究γ-TiAl基体、NiCr/YSZ涂...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
热障涂层结构和原理
图 1.2 ZrO2-Y2O3二元相图可以协调陶瓷涂层与基体合金之间巨大的物理性质差异，并且具有良好此作为过渡层可以有效地缓解陶瓷层与基体之间热应力，从而避免在高内应力过大而过早地失效[42]。金属粘结层材料通常采用 MCrAlX(M=)涂层，该类型涂层同时具有优良的高温抗氧化性能及抗热腐蚀性能，因航空发动机叶片的高温防护。当涂覆有热障涂层的试样暴露于较高温度陶瓷层达到陶瓷层/粘结层界面处从而在该处形成 Al2O3、Cr2O3层，由密且稳定，所以这层保护膜可以阻挡氧原子的进一步侵入从而达到保护有较好的抗热腐蚀性，Ni 具有较好的抗氧化性能，因此综合 Ni、Co 两oCrAlY 具有优良的抗热腐蚀及抗高温氧化性能，成为近年来航空发动机结层。Cr 可以降低形成氧化铝所需要的 Al 量，Y 不仅可以提高 TGO 合力，还能延迟粘结层的氧化[44]。层的失效机理很多，主要有：与基体热膨胀系数差距大，在高低温热循环过程中产生内应力；作温度到室温的温度区间内发生相变引起体积收缩与膨胀；
南京航空航天大学硕士学位论文但从航空工业上的要求来看，等离子喷涂和电子束物理气相沉积因其经济性和高广泛的应用。等离子喷涂工艺1.3 为等离子喷涂工艺示意图，它的工作原理为：工作气体在电极室内被电弧加热成等离子体，处于高温高压状态的等离子体经过喷嘴时体积扩张，形成高速等离处加入的丝材或粉末被迅速加热、熔化，通过焰流高速撞击工件表面，由于金属使撞击到表面的熔滴快速凝固形成沉积层[46]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]等离子喷涂技术制备陶瓷涂层新进展[J]. 宋长虹,张亚然,李世明,任鑫明,鲍君峰,马北越. 热喷涂技术. 2017(04)
[2]NiCr涂层结构对Nb-1Zr合金抗氧化性能的影响[J]. 王彦峰,杜继红,李争显,王浩楠,张长伟. 稀有金属材料与工程. 2017(07)
[3]电弧离子镀技术在航空工业上的应用[J]. 匡君君,姜春玉,刘宏斌. 电镀与精饰. 2016(08)
[4]等离子喷涂技术研究现状[J]. 朱昱,魏金栋,周燕琴,张宇,李小武,倪红军. 现代化工. 2016(06)
[5]Y2O3-ZrO2热障涂层的热腐蚀行为[J]. 周长海,王淑花,王建永. 黑龙江科技大学学报. 2016(03)
[6]冷喷涂制备γ-TiAl表面Ti（Al,Si）3扩散涂层的高温氧化行为（英文）[J]. 王吉强,孔令艳,李铁藩,熊天英. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(04)
[7]γ-TiAl表面NiCrAlY/Al复合涂层的高温氧化行为[J]. 徐一,缪强,梁文萍,王玲,于修水,蒋穹,任蓓蕾. 稀有金属材料与工程. 2014(06)
[8]MCrAlY材料成分改性研究进展[J]. 王皓,王全胜. 表面技术. 2014(03)
[9]多弧离子镀Cr涂层对γ-TiAl合金高温氧化性能的影响[J]. 魏祥飞,张平则,魏东博,周鹏,张扬,陈小虎,王琼,王若男. 稀有金属材料与工程. 2014(03)
[10]TiAl合金表面NiCrAlY涂层的抗高温氧化性能[J]. 周鹏,张平则,魏东博,魏祥飞,张扬. 机械工程材料. 2014(02)
博士论文
[1]TiAl合金表面等离子喷涂MCrAlY及陶瓷涂层的激光重熔研究[D]. 王东生.南京航空航天大学 2009
[2]稀土氧化物热障涂层陶瓷材料的缺陷化学及热物理性能[D]. 瞿志学.清华大学 2009
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
[2]Al-Si-Y涂层的抗高温氧化和耐热腐蚀性能研究[D]. 任公年.沈阳工业大学 2008
本文编号：3059309
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
热障涂层结构和原理
图 1.2 ZrO2-Y2O3二元相图可以协调陶瓷涂层与基体合金之间巨大的物理性质差异，并且具有良好此作为过渡层可以有效地缓解陶瓷层与基体之间热应力，从而避免在高内应力过大而过早地失效[42]。金属粘结层材料通常采用 MCrAlX(M=)涂层，该类型涂层同时具有优良的高温抗氧化性能及抗热腐蚀性能，因航空发动机叶片的高温防护。当涂覆有热障涂层的试样暴露于较高温度陶瓷层达到陶瓷层/粘结层界面处从而在该处形成 Al2O3、Cr2O3层，由密且稳定，所以这层保护膜可以阻挡氧原子的进一步侵入从而达到保护有较好的抗热腐蚀性，Ni 具有较好的抗氧化性能，因此综合 Ni、Co 两oCrAlY 具有优良的抗热腐蚀及抗高温氧化性能，成为近年来航空发动机结层。Cr 可以降低形成氧化铝所需要的 Al 量，Y 不仅可以提高 TGO 合力，还能延迟粘结层的氧化[44]。层的失效机理很多，主要有：与基体热膨胀系数差距大，在高低温热循环过程中产生内应力；作温度到室温的温度区间内发生相变引起体积收缩与膨胀；
南京航空航天大学硕士学位论文但从航空工业上的要求来看，等离子喷涂和电子束物理气相沉积因其经济性和高广泛的应用。等离子喷涂工艺1.3 为等离子喷涂工艺示意图，它的工作原理为：工作气体在电极室内被电弧加热成等离子体，处于高温高压状态的等离子体经过喷嘴时体积扩张，形成高速等离处加入的丝材或粉末被迅速加热、熔化，通过焰流高速撞击工件表面，由于金属使撞击到表面的熔滴快速凝固形成沉积层[46]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]等离子喷涂技术制备陶瓷涂层新进展[J]. 宋长虹,张亚然,李世明,任鑫明,鲍君峰,马北越. 热喷涂技术. 2017(04)
[2]NiCr涂层结构对Nb-1Zr合金抗氧化性能的影响[J]. 王彦峰,杜继红,李争显,王浩楠,张长伟. 稀有金属材料与工程. 2017(07)
[3]电弧离子镀技术在航空工业上的应用[J]. 匡君君,姜春玉,刘宏斌. 电镀与精饰. 2016(08)
[4]等离子喷涂技术研究现状[J]. 朱昱,魏金栋,周燕琴,张宇,李小武,倪红军. 现代化工. 2016(06)
[5]Y2O3-ZrO2热障涂层的热腐蚀行为[J]. 周长海,王淑花,王建永. 黑龙江科技大学学报. 2016(03)
[6]冷喷涂制备γ-TiAl表面Ti（Al,Si）3扩散涂层的高温氧化行为（英文）[J]. 王吉强,孔令艳,李铁藩,熊天英. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(04)
[7]γ-TiAl表面NiCrAlY/Al复合涂层的高温氧化行为[J]. 徐一,缪强,梁文萍,王玲,于修水,蒋穹,任蓓蕾. 稀有金属材料与工程. 2014(06)
[8]MCrAlY材料成分改性研究进展[J]. 王皓,王全胜. 表面技术. 2014(03)
[9]多弧离子镀Cr涂层对γ-TiAl合金高温氧化性能的影响[J]. 魏祥飞,张平则,魏东博,周鹏,张扬,陈小虎,王琼,王若男. 稀有金属材料与工程. 2014(03)
[10]TiAl合金表面NiCrAlY涂层的抗高温氧化性能[J]. 周鹏,张平则,魏东博,魏祥飞,张扬. 机械工程材料. 2014(02)
博士论文
[1]TiAl合金表面等离子喷涂MCrAlY及陶瓷涂层的激光重熔研究[D]. 王东生.南京航空航天大学 2009
[2]稀土氧化物热障涂层陶瓷材料的缺陷化学及热物理性能[D]. 瞿志学.清华大学 2009
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
[2]Al-Si-Y涂层的抗高温氧化和耐热腐蚀性能研究[D]. 任公年.沈阳工业大学 2008
本文编号：3059309
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