等离子喷涂8YSZ热障涂层的性能及工艺参数研究
发布时间：2021-03-09 22:08
热障涂层（Thermal barrier coatings,TBCS）广泛应用于燃气轮机的动、静叶和航空发动机的涡轮叶片。通过将陶瓷材料涂覆在合金表面,利用陶瓷材料优异的耐高温、低热导率以及耐腐蚀等性能对金属基底进行防护,保障燃气轮机以及航空发动机的热端部件能够可靠运行。本文使用大气等离子喷涂工艺,在Inconel600镍基高温合金表面制备NiCoCrAlY金属粘结层和ZrO2-8%wtY2O3陶瓷层,通过制备涂层金相试样,利用光学显微镜观察分析涂层的截面微观形貌,利用扫描电镜观察分析涂层的表面微观形貌。观察发现涂层表面呈米白色,光滑平整,结构致密,由粉末颗粒熔融堆叠形成,颗粒熔化情况较好,整体呈小颗粒扁平化团聚堆叠形貌,涂层表面存在大量宽度小于1μm的裂纹;涂层的陶瓷层与粘结层、粘结层与金属基体之间的界面处结合都比较好,没有明显的裂纹存在,涂层组织较为致密,可以看出是熔融颗粒扁平化堆叠形成的层状薄片堆积而成,陶瓷层内均匀分布着孔隙。使用维氏显微硬度仪测试涂层的显微硬度,通过热震试验测试涂层的热震性能,通过结合强度试验测...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
热障涂层结构示意图：（a）双层结构；（b）功能梯度结构；（c）多层复合结构
图 1.2 双层结构热障涂层应用结构图lication structure of double-layer structure thermal bar热障涂层热障涂层是专门对涂层结构进行梯度设计，不同比例的混合，并使混合的比例在涂层的部的组织结构与化学成分呈梯度变化，消除层与基体之间形成连续过度，最终使涂层的向连续变化，给涂层增加了热应力缓和功能最佳匹配的效果，使基体与涂层之间的结化、耐化学腐蚀和抗热震性能得到进一步匹配而导致的陶瓷层过早的从基体上脱落艺比较复杂，涂层的性能不够稳定，因此在
1 陶瓷层材料陶瓷层是热障涂层最关键的部分，是保护金属基体的主要结构，通服役过程中的外部热量对金属基体起到热防护的作用，因为服役环境会直接接触高温与腐蚀气体等，因此对陶瓷层的材料性能提出非常严首先热导率要低，保证对基体能够起到热防护的作用，其次要有较高数，避免与基体因热膨胀系数不匹配而造成涂层的过早剥落，除此以耐高温、抗氧化、耐腐蚀、良好的抗高温烧结能力，高温情况下良好、化学稳定性，抗热震性能等9-11。目前，陶瓷层材料主要包含三大类、碳化物类和氮化物类，其中最常见有 ZrO2、SiO2、Al2O3等，他理性能如表 1-1 所示。而 ZrO2因为热导率低、热膨胀系数高，并且综合性能，因此应用的最为广泛，但是当 ZrO2的工作温度达到一定产生相变，从而产生较大的体积变化并带来相应的相变应力，导致涂落，进而失效。ZrO2的相变形式以及温度条件如下图所示[12]:
【参考文献】：
期刊论文
[1]High-temperature oxidation behavior and analysis of impedance spectroscopy of 7YSZ thermal barrier coating prepared by plasma spray-physical vapor deposition[J]. Wenlong CHEN,Min LIU,Jifu ZHANG,Ziqian DENG,Jie MAO. Chinese Journal of Aeronautics. 2018(08)
[2]等离子喷涂层原生性孔隙几何结构的分形及统计特性[J]. 陈书赢,王海斗,马国政,康嘉杰,徐滨士. 物理学报. 2015(24)
[3]超音速等离子喷涂参数对Al2O3-3%TiO2涂层形貌结构的影响[J]. 毛杰,邓畅光,欧献,宋进兵,邝子奇,曾威. 热喷涂技术. 2015(02)
[4]TGO不规则生长对热障涂层界面残余应力的影响[J]. 刘超凡,谈梅兰. 中国陶瓷. 2014(09)
[5]MCrAlY材料成分改性研究进展[J]. 王皓,王全胜. 表面技术. 2014(03)
[6]等离子喷涂陶瓷涂层降低孔隙率的研究进展[J]. 孙方红,马壮,刘应瑞,鲍亚楠,范雅. 硅酸盐通报. 2013(11)
[7]粘结层和陶瓷层厚度对纳米结构热障涂层性能的影响[J]. 何箐,李嘉,詹华,汪瑞军,王伟平. 表面技术. 2013(01)
[8]等离子喷涂纳米ZrO2热障涂层的组织及性能研究[J]. 彭瑾,孙有田. 热喷涂技术. 2012(02)
[9]激光熔覆修复工艺参数对熔合区成形质量的影响[J]. 智翔,赵剑峰,蔡军. 激光与光电子学进展. 2011(10)
[10]电子束物理气相沉积YSZ热障涂层热循环性能[J]. 于海涛,宋希文,牟仁德. 航空发动机. 2010(06)
博士论文
[1]钛合金表面纳米热障涂层的制备与组织性能及其表面激光重熔的研究[D]. 周洪.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]GH99高温合金及其MCrAlY（Ta）（M=Ni，Co）涂层静态高温氧化行为研究[D]. 段佳林.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3073559
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
热障涂层结构示意图：（a）双层结构；（b）功能梯度结构；（c）多层复合结构
图 1.2 双层结构热障涂层应用结构图lication structure of double-layer structure thermal bar热障涂层热障涂层是专门对涂层结构进行梯度设计，不同比例的混合，并使混合的比例在涂层的部的组织结构与化学成分呈梯度变化，消除层与基体之间形成连续过度，最终使涂层的向连续变化，给涂层增加了热应力缓和功能最佳匹配的效果，使基体与涂层之间的结化、耐化学腐蚀和抗热震性能得到进一步匹配而导致的陶瓷层过早的从基体上脱落艺比较复杂，涂层的性能不够稳定，因此在
1 陶瓷层材料陶瓷层是热障涂层最关键的部分，是保护金属基体的主要结构，通服役过程中的外部热量对金属基体起到热防护的作用，因为服役环境会直接接触高温与腐蚀气体等，因此对陶瓷层的材料性能提出非常严首先热导率要低，保证对基体能够起到热防护的作用，其次要有较高数，避免与基体因热膨胀系数不匹配而造成涂层的过早剥落，除此以耐高温、抗氧化、耐腐蚀、良好的抗高温烧结能力，高温情况下良好、化学稳定性，抗热震性能等9-11。目前，陶瓷层材料主要包含三大类、碳化物类和氮化物类，其中最常见有 ZrO2、SiO2、Al2O3等，他理性能如表 1-1 所示。而 ZrO2因为热导率低、热膨胀系数高，并且综合性能，因此应用的最为广泛，但是当 ZrO2的工作温度达到一定产生相变，从而产生较大的体积变化并带来相应的相变应力，导致涂落，进而失效。ZrO2的相变形式以及温度条件如下图所示[12]:
【参考文献】：
期刊论文
[1]High-temperature oxidation behavior and analysis of impedance spectroscopy of 7YSZ thermal barrier coating prepared by plasma spray-physical vapor deposition[J]. Wenlong CHEN,Min LIU,Jifu ZHANG,Ziqian DENG,Jie MAO. Chinese Journal of Aeronautics. 2018(08)
[2]等离子喷涂层原生性孔隙几何结构的分形及统计特性[J]. 陈书赢,王海斗,马国政,康嘉杰,徐滨士. 物理学报. 2015(24)
[3]超音速等离子喷涂参数对Al2O3-3%TiO2涂层形貌结构的影响[J]. 毛杰,邓畅光,欧献,宋进兵,邝子奇,曾威. 热喷涂技术. 2015(02)
[4]TGO不规则生长对热障涂层界面残余应力的影响[J]. 刘超凡,谈梅兰. 中国陶瓷. 2014(09)
[5]MCrAlY材料成分改性研究进展[J]. 王皓,王全胜. 表面技术. 2014(03)
[6]等离子喷涂陶瓷涂层降低孔隙率的研究进展[J]. 孙方红,马壮,刘应瑞,鲍亚楠,范雅. 硅酸盐通报. 2013(11)
[7]粘结层和陶瓷层厚度对纳米结构热障涂层性能的影响[J]. 何箐,李嘉,詹华,汪瑞军,王伟平. 表面技术. 2013(01)
[8]等离子喷涂纳米ZrO2热障涂层的组织及性能研究[J]. 彭瑾,孙有田. 热喷涂技术. 2012(02)
[9]激光熔覆修复工艺参数对熔合区成形质量的影响[J]. 智翔,赵剑峰,蔡军. 激光与光电子学进展. 2011(10)
[10]电子束物理气相沉积YSZ热障涂层热循环性能[J]. 于海涛,宋希文,牟仁德. 航空发动机. 2010(06)
博士论文
[1]钛合金表面纳米热障涂层的制备与组织性能及其表面激光重熔的研究[D]. 周洪.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]GH99高温合金及其MCrAlY（Ta）（M=Ni，Co）涂层静态高温氧化行为研究[D]. 段佳林.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3073559
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