二代单晶镍基高温合金用纳米晶抗氧化涂层研究
发布时间：2021-05-22 02:49
在氧化环境中,纳米晶结构可促进高温合金的选择性氧化,提高氧化膜的粘附性,受到材料腐蚀领域的广泛关注。纳米晶高温防护涂层的成分与合金基体一致,涂层一基体互扩散趋势低,对基体影响小,而且其强度高于MCrAlY和NiPtAl涂层,不容易形成涂层表面褶皱（Rumpling）。这两个特点对服役温度为1050 ℃或更高的二代及更高级的单晶镍基高温合金涡轮叶片表面热障涂层来说是难得的优点。原因是现役的热障涂层主要采用NiPtAl粘结层/YSZ面层体系,难以克服粘结层对基材力学性能影响的问题。因此,本文以广泛使用的二代单晶镍基高温合金N5为基体材料,研究了纳米晶涂层的制备、成分和结构设计对其高温氧化机制的影响,取得了如下结果:研究了N5单晶高温合金表面喷砂、抛光和磨削对磁控溅射N5纳米晶涂层的循环氧化行为的影响。合金基体的表面处理会影响纳米晶涂层的沉积过程,导致涂层的柱状晶尺寸发生了明显的变化,进而影响涂层的氧化行为。沉积在喷砂基体表面的纳米晶涂层的柱状晶结构是非常不均匀的,某些位置的柱状晶的尺寸甚至达到了微米级别。1050 ℃循环氧化300次后,涂层表面发生了明显褶皱;沉积在抛光和磨削的基体合金上的...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 高温防护涂层的发展
1.2.1 铝化物涂层
1.2.2 改性的铝化物涂层
1.2.3 MCrAlY包覆涂层
1.2.4 热障涂层
1.3 高温防护涂层亟需解决的问题
1.3.1 涂层表面褶皱(Rumpling)
1.3.2 高温防护涂层与高温合金的元素互扩散
1.4 纳米晶涂层
1.4.1 纳米晶涂层改善抗氧化性的机理
1.4.2 N5纳米晶涂层
1.5 研究目的与内容
1.5.1 研究目的
1.5.2 研究内容
第2章 实验材料及分析方法
2.1 样品制备
2.1.1 基体材料
2.1.2 纳米晶涂层的制备
2.1.3 NiCrAlY涂层的制备
2.2 性能测试
2.2.1 恒温氧化
2.2.2 循环氧化
2.2.3 850℃75wt%6Na_2SO_4+25wt%K_2SO_4热腐蚀
2.3 分析测试技术
2.3.1 X射线衍射技术(XRD)
2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)
2.3.3 X射线能谱仪(EDS)
2.3.4 透射电子显微镜(TEM)
2.3.5 表面轮廓仪
2.3.6 原子力显微镜(AFM)
第3章 基体表面预处理对N5纳米晶涂层循环氧化行为的影响
3.1 引言
3.2 N5单晶合金的表面预处理
3.3 纳米晶涂层的形貌特征
3.4 循环氧化行为
3.4.1 循环氧化动力学
3.4.2 氧化产物及形貌
3.4.3 表面粗糙度
3.5 讨论
3.5.1 基体表面预处理对N5纳米晶涂层结构的影响
3.5.2 基体表面预处理对纳米晶涂层褶皱的影响
3.5.3 基体表面预处理对N5纳米晶涂层氧化膜剥落方式的影响
3.6 结论
第4章 Ta、Y和Al对N5纳米晶涂层氧化行为的影响
4.1 引言
4.2 纳米晶涂层的形貌
4.3 1050℃氧化行为
4.3.1 氧化动力学
4.3.2 氧化产物及形貌
4.4 1150℃氧化行为
4.4.1 氧化动力学
4.4.2 氧化产物及形貌
4.5 讨论
4.5.1 Ta的迁移
4.5.2 Y对Ta迁移的影响
4.5.3 Al对Ta迁移的影响
4.6 结论
第5章 纳米晶/NiCrAlY涂层的设计、制备和高温氧化行为
5.1 引言
5.2 纳米晶/NiCrAlY涂层的形貌
5.3 1050℃恒温氧化行为
5.3.1 氧化动力学
5.3.2 氧化形貌
5.4 1050℃循环氧化行为
5.4.1 循环氧化动力学
5.4.2 氧化形貌
5.5 850℃75wt%Na_2SO_4+25wt%K_2SO_4腐蚀行为
5.5.1 腐蚀动力学
5.5.2 腐蚀形貌
5.6 讨论
5.6.1 元素互扩散
5.6.2 氧化膜剥落
5.6.3 75wt%Na_2SO_4+25wt%K_2SO_4腐蚀性能
5.7 结论
第6章 涂层比列对纳米晶/NiCrAlY涂层氧化行为的影响
6.1 引言
6.2 三种纳米晶/NiCrAlY涂层的形貌
6.3 1050℃恒温氧化行为
6.3.1 氧化动力学
6.3.2 氧化产物及形貌
6.4 1050℃循环氧化行为
6.4.1 循环氧化动力学
6.4.2 氧化形貌
6.5 讨论
6.5.1 氧化膜
6.5.2 纳米晶/NiCrAlY涂层的成分均匀化
6.5.3 TCP相的析出
6.6 结论
第7章 总结论
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3200836
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 高温防护涂层的发展
1.2.1 铝化物涂层
1.2.2 改性的铝化物涂层
1.2.3 MCrAlY包覆涂层
1.2.4 热障涂层
1.3 高温防护涂层亟需解决的问题
1.3.1 涂层表面褶皱(Rumpling)
1.3.2 高温防护涂层与高温合金的元素互扩散
1.4 纳米晶涂层
1.4.1 纳米晶涂层改善抗氧化性的机理
1.4.2 N5纳米晶涂层
1.5 研究目的与内容
1.5.1 研究目的
1.5.2 研究内容
第2章 实验材料及分析方法
2.1 样品制备
2.1.1 基体材料
2.1.2 纳米晶涂层的制备
2.1.3 NiCrAlY涂层的制备
2.2 性能测试
2.2.1 恒温氧化
2.2.2 循环氧化
2.2.3 850℃75wt%6Na_2SO_4+25wt%K_2SO_4热腐蚀
2.3 分析测试技术
2.3.1 X射线衍射技术(XRD)
2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)
2.3.3 X射线能谱仪(EDS)
2.3.4 透射电子显微镜(TEM)
2.3.5 表面轮廓仪
2.3.6 原子力显微镜(AFM)
第3章 基体表面预处理对N5纳米晶涂层循环氧化行为的影响
3.1 引言
3.2 N5单晶合金的表面预处理
3.3 纳米晶涂层的形貌特征
3.4 循环氧化行为
3.4.1 循环氧化动力学
3.4.2 氧化产物及形貌
3.4.3 表面粗糙度
3.5 讨论
3.5.1 基体表面预处理对N5纳米晶涂层结构的影响
3.5.2 基体表面预处理对纳米晶涂层褶皱的影响
3.5.3 基体表面预处理对N5纳米晶涂层氧化膜剥落方式的影响
3.6 结论
第4章 Ta、Y和Al对N5纳米晶涂层氧化行为的影响
4.1 引言
4.2 纳米晶涂层的形貌
4.3 1050℃氧化行为
4.3.1 氧化动力学
4.3.2 氧化产物及形貌
4.4 1150℃氧化行为
4.4.1 氧化动力学
4.4.2 氧化产物及形貌
4.5 讨论
4.5.1 Ta的迁移
4.5.2 Y对Ta迁移的影响
4.5.3 Al对Ta迁移的影响
4.6 结论
第5章 纳米晶/NiCrAlY涂层的设计、制备和高温氧化行为
5.1 引言
5.2 纳米晶/NiCrAlY涂层的形貌
5.3 1050℃恒温氧化行为
5.3.1 氧化动力学
5.3.2 氧化形貌
5.4 1050℃循环氧化行为
5.4.1 循环氧化动力学
5.4.2 氧化形貌
5.5 850℃75wt%Na_2SO_4+25wt%K_2SO_4腐蚀行为
5.5.1 腐蚀动力学
5.5.2 腐蚀形貌
5.6 讨论
5.6.1 元素互扩散
5.6.2 氧化膜剥落
5.6.3 75wt%Na_2SO_4+25wt%K_2SO_4腐蚀性能
5.7 结论
第6章 涂层比列对纳米晶/NiCrAlY涂层氧化行为的影响
6.1 引言
6.2 三种纳米晶/NiCrAlY涂层的形貌
6.3 1050℃恒温氧化行为
6.3.1 氧化动力学
6.3.2 氧化产物及形貌
6.4 1050℃循环氧化行为
6.4.1 循环氧化动力学
6.4.2 氧化形貌
6.5 讨论
6.5.1 氧化膜
6.5.2 纳米晶/NiCrAlY涂层的成分均匀化
6.5.3 TCP相的析出
6.6 结论
第7章 总结论
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3200836
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3200836.html
