镁合金表面YSZ热障涂层中间层的制备及其抗热震抗腐性能研究
发布时间：2021-07-05 16:50
镁合金表面采用大气等离子喷涂（Atmospheric plasma spraying,APS）技术直接制备 NiCrAlY/YSZ 热障涂层（Thermal barrier coatings,TBCs）,存在 TBCs 热震寿命短的问题。为了提高TBCs的热震寿命,本文在镁合金与NiCrAlY/YSZ TBCs之间设计了 Ni-P、Ni-P/Al、Ni-P/Al/Ni-P三种中间层,其中采用化学镀制备Ni-P层和APS制备Al层,之后再通过APS技术依次在上述三种中间层表面制备NiCrAlY/YSZ涂层。论文研究了带中间层的TBCs400℃水淬热震寿命以及热震前、后涂层的微观组织结构,揭示了带中间层的TBCs热震失效机理。化学镀Ni-P层厚约30 μm,结构致密,无孔隙和裂纹,以化学键紧密咬合在镁合金或Al层表面。等离子喷涂铝层厚约100 μm,无明显裂纹但存在少量孔隙,Al层与Ni-P层均匀分布并且结合紧密。NiCrAlY/YSZ涂层呈层片状结构,与中间层机械咬合,整个涂层结构完整。无中间层的TBCs热震寿命仅5次,而带有Ni-P、Ni-P/Al、Ni-P/Al/Ni-P中间层,TB...
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１大气等离子喷涂装置示意图??
纯Ａ１和Ａｌ／ＳｉＣｐ复合涂层，并对两种涂层的微观组织结构和腐蚀性能进??行了测试和详细分析ｉ４１Ｕ实验结果表明，在３．５ｗｔ％ＮａＣｌ溶液中，纯Ａ１和Ａｌ／ＳｉＣｐ复??合涂层阻止了镁合金基体与腐蚀介质的直接接触，从而提高了镁合金基体的抗腐蚀性。??然而热喷涂得到的涂层仍存在许多微孔和微裂纹，随着浸泡时间的增长，盐溶液进入镁??合金－涂层界面处，腐蚀发生电偶腐蚀加快涂层的失效剥离。??們?ｃ?Ｊ??＼?／．ＫＥＣＳＬ．?１?？？？＊兹??＼??粉末抝运截气体?＿Ｊｊｊ??图１．２超音速火焰喷涂装置示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ?ｆｌａｍｅ?ｓｐｒａｙｉｎｇ?ｄｅｖｉｃｅ．??１．４．２．４?冷喷涂（Ｃｏｌｄ?ｓｐｒａｙｉｎｇ）??冷喷涂是一种金属、陶瓷喷涂工艺，即经过一定低温预处理的高压气体（如Ｎ：、??Ａｒ、Ｈｅ、高压压缩空气）通过缩放喷管产生超音速气体射流，将涂层原料粒子经送粉设??备输入至气体射流中加速至临界速度（超咅速），涂层原料以固态形式以高速撞击到基??体表面后形成涂Ｕ。不同于传统热喷涂（超速火焰喷涂，等离子喷涂，爆炸喷涂等传统??热喷涂），冷喷涂的原料粒子不经熔化，所以对待喷涂的基体不会产生任何热影响，促??使基体与涂层之间、涂层间之间的热应力极大减小，有利于涂层结构的稳定。如Ｘｉｏｎｇ??６??
金表面喷涂了约１５０?ｐｍ的金属镍涂层％，对涂层的表面、截面微观结构和抗腐蚀进行??了测试和详细分析。实验结果表明，冷喷涂技术得到的ＡＺ３１Ｂ／Ｎｉ涂层中，镁合金基体??为发生热氧化，金属镍层内结构致密仅存在少量微孔和微裂纹，整体涂层结构良好。在??ＮａＣｌ盐水浸泡和盐雾试验中，金属镍涂层比裸镁合金基体的较为良好的抗腐蚀性能，??但是金属镍层内的微孔和微裂纹为ＮａＣｌ溶液提供了通道，镁合金基体发生严重的电偶??腐蚀，导致涂层发生剥落。??＾?ｒｆ］｜ｌ产??＿＾飞澱粒子回牧装置??图１．３冷喷涂实验装置图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍｅ?ｏｆ?ｃｏｌｄ?ｓｐｒａｙｉｎｇ?ｔｏｏｌ?ｉｎ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．??１．５研究目的和内容??本论文拟在ＡＺ９１Ｄ镁合金基体和ＮｉＣｒＡｌＹ金属粘结层之间制备热膨胀系数适中、??化学稳定性良好的中间层材料，以提高镁合金基体表面ＮｉＣｒＡｌＹ／ＹＳＺ热障涂层的热震??寿命。并且通过对比热震失效前后样品的表面和截面微观形貌、元素分布和物相结果，??深入研宄了中间层对于涂层样品的热震失效行为的微观机制影响，以寻找制备更为简??便、性能更加优良的中间层材料提供新的科学思路，为未来的镁合金表面热障涂层的工??业化奠定基矗??在本论文中选用ＡＺ９１Ｄ镁合金作为基体，ＮｉＣｒＡｌＹ作为内层金属粘结层，８ＹＳＺ作??为外层陶瓷层材料。选用化学镀Ｎｉ－Ｐ和金属铝涂层作为屮间层组成材料，采用等离子??喷涂技术进行涂层的制备。研宄内容如下：??（１）采用化学镀方法、等离子喷涂技术在镁合金基体表面制备了?Ｎｉ－Ｐ、Ｎｉ－Ｐ／Ａｌ、??Ｎｉ－Ｐ／Ａｌ／Ｎｉ－Ｐ三种不同结构的中间层，之后再次
【参考文献】：
期刊论文
[1]Coatings on Mg alloys and their mechanical properties: A review[J]. Toko Tokunaga,Munekazu Ohno,Kiyotaka Matsuura. Journal of Materials Science & Technology. 2018(07)
[2]Microstructure and mechanical properties of Mg-5Li-1Al sheets prepared by accumulative roll bonding[J]. Legan Hou,Tianzi Wang,Ruizhi Wu,Jinghuai Zhang,Milin Zhang,Anping Dong,Baode Sun,Sergey Betsofen,Boris Krit. Journal of Materials Science & Technology. 2018(02)
[3]镁合金在航空航天领域研究应用现状与展望[J]. 吴国华,陈玉狮,丁文江. 载人航天. 2016(03)
[4]AZ91D镁合金表面激光等离子复合喷涂Al-Si/Al+Al2O3涂层的研究[J]. 钱建刚,张家祥,王纯,李淑青. 航空材料学报. 2011(03)
[5]先进镁合金材料及其在航空航天领域中的应用[J]. 丁文江,付彭怀,彭立明,蒋海燕,王迎新,吴国华,董杰,郭兴伍. 航天器环境工程. 2011(02)
[6]电化学方法研究纯镁在薄液膜下的腐蚀行为Ⅰ-O2对纯镁在薄液膜下腐蚀行为的影响[J]. 陈崇木,崔宇,张涛,邵亚薇,孟国哲,王福会,李晓刚,董超芳. 腐蚀科学与防护技术. 2009(02)
[7]镁合金板件温热成形技术的几个新进展[J]. 张士宏,王忠堂,周丽新,徐永超. 材料导报. 2006(08)
[8]镁及其合金表面防护性涂层国外研究进展[J]. 李卫平,朱立群. 材料保护. 2005(02)
[9]镁合金在电子器材壳体中的应用[J]. 吕渠东,吕宜振,曾小勤,丁文江,卢晨. 材料导报. 2000(06)
[10]镁合金压铸件在汽车行业中的巨大应用潜力[J]. 孙伯勤. 特种铸造及有色合金. 1998(03)
本文编号：3266452
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１大气等离子喷涂装置示意图??
纯Ａ１和Ａｌ／ＳｉＣｐ复合涂层，并对两种涂层的微观组织结构和腐蚀性能进??行了测试和详细分析ｉ４１Ｕ实验结果表明，在３．５ｗｔ％ＮａＣｌ溶液中，纯Ａ１和Ａｌ／ＳｉＣｐ复??合涂层阻止了镁合金基体与腐蚀介质的直接接触，从而提高了镁合金基体的抗腐蚀性。??然而热喷涂得到的涂层仍存在许多微孔和微裂纹，随着浸泡时间的增长，盐溶液进入镁??合金－涂层界面处，腐蚀发生电偶腐蚀加快涂层的失效剥离。??們?ｃ?Ｊ??＼?／．ＫＥＣＳＬ．?１?？？？＊兹??＼??粉末抝运截气体?＿Ｊｊｊ??图１．２超音速火焰喷涂装置示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ?ｆｌａｍｅ?ｓｐｒａｙｉｎｇ?ｄｅｖｉｃｅ．??１．４．２．４?冷喷涂（Ｃｏｌｄ?ｓｐｒａｙｉｎｇ）??冷喷涂是一种金属、陶瓷喷涂工艺，即经过一定低温预处理的高压气体（如Ｎ：、??Ａｒ、Ｈｅ、高压压缩空气）通过缩放喷管产生超音速气体射流，将涂层原料粒子经送粉设??备输入至气体射流中加速至临界速度（超咅速），涂层原料以固态形式以高速撞击到基??体表面后形成涂Ｕ。不同于传统热喷涂（超速火焰喷涂，等离子喷涂，爆炸喷涂等传统??热喷涂），冷喷涂的原料粒子不经熔化，所以对待喷涂的基体不会产生任何热影响，促??使基体与涂层之间、涂层间之间的热应力极大减小，有利于涂层结构的稳定。如Ｘｉｏｎｇ??６??
金表面喷涂了约１５０?ｐｍ的金属镍涂层％，对涂层的表面、截面微观结构和抗腐蚀进行??了测试和详细分析。实验结果表明，冷喷涂技术得到的ＡＺ３１Ｂ／Ｎｉ涂层中，镁合金基体??为发生热氧化，金属镍层内结构致密仅存在少量微孔和微裂纹，整体涂层结构良好。在??ＮａＣｌ盐水浸泡和盐雾试验中，金属镍涂层比裸镁合金基体的较为良好的抗腐蚀性能，??但是金属镍层内的微孔和微裂纹为ＮａＣｌ溶液提供了通道，镁合金基体发生严重的电偶??腐蚀，导致涂层发生剥落。??＾?ｒｆ］｜ｌ产??＿＾飞澱粒子回牧装置??图１．３冷喷涂实验装置图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍｅ?ｏｆ?ｃｏｌｄ?ｓｐｒａｙｉｎｇ?ｔｏｏｌ?ｉｎ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．??１．５研究目的和内容??本论文拟在ＡＺ９１Ｄ镁合金基体和ＮｉＣｒＡｌＹ金属粘结层之间制备热膨胀系数适中、??化学稳定性良好的中间层材料，以提高镁合金基体表面ＮｉＣｒＡｌＹ／ＹＳＺ热障涂层的热震??寿命。并且通过对比热震失效前后样品的表面和截面微观形貌、元素分布和物相结果，??深入研宄了中间层对于涂层样品的热震失效行为的微观机制影响，以寻找制备更为简??便、性能更加优良的中间层材料提供新的科学思路，为未来的镁合金表面热障涂层的工??业化奠定基矗??在本论文中选用ＡＺ９１Ｄ镁合金作为基体，ＮｉＣｒＡｌＹ作为内层金属粘结层，８ＹＳＺ作??为外层陶瓷层材料。选用化学镀Ｎｉ－Ｐ和金属铝涂层作为屮间层组成材料，采用等离子??喷涂技术进行涂层的制备。研宄内容如下：??（１）采用化学镀方法、等离子喷涂技术在镁合金基体表面制备了?Ｎｉ－Ｐ、Ｎｉ－Ｐ／Ａｌ、??Ｎｉ－Ｐ／Ａｌ／Ｎｉ－Ｐ三种不同结构的中间层，之后再次
【参考文献】：
期刊论文
[1]Coatings on Mg alloys and their mechanical properties: A review[J]. Toko Tokunaga,Munekazu Ohno,Kiyotaka Matsuura. Journal of Materials Science & Technology. 2018(07)
[2]Microstructure and mechanical properties of Mg-5Li-1Al sheets prepared by accumulative roll bonding[J]. Legan Hou,Tianzi Wang,Ruizhi Wu,Jinghuai Zhang,Milin Zhang,Anping Dong,Baode Sun,Sergey Betsofen,Boris Krit. Journal of Materials Science & Technology. 2018(02)
[3]镁合金在航空航天领域研究应用现状与展望[J]. 吴国华,陈玉狮,丁文江. 载人航天. 2016(03)
[4]AZ91D镁合金表面激光等离子复合喷涂Al-Si/Al+Al2O3涂层的研究[J]. 钱建刚,张家祥,王纯,李淑青. 航空材料学报. 2011(03)
[5]先进镁合金材料及其在航空航天领域中的应用[J]. 丁文江,付彭怀,彭立明,蒋海燕,王迎新,吴国华,董杰,郭兴伍. 航天器环境工程. 2011(02)
[6]电化学方法研究纯镁在薄液膜下的腐蚀行为Ⅰ-O2对纯镁在薄液膜下腐蚀行为的影响[J]. 陈崇木,崔宇,张涛,邵亚薇,孟国哲,王福会,李晓刚,董超芳. 腐蚀科学与防护技术. 2009(02)
[7]镁合金板件温热成形技术的几个新进展[J]. 张士宏,王忠堂,周丽新,徐永超. 材料导报. 2006(08)
[8]镁及其合金表面防护性涂层国外研究进展[J]. 李卫平,朱立群. 材料保护. 2005(02)
[9]镁合金在电子器材壳体中的应用[J]. 吕渠东,吕宜振,曾小勤,丁文江,卢晨. 材料导报. 2000(06)
[10]镁合金压铸件在汽车行业中的巨大应用潜力[J]. 孙伯勤. 特种铸造及有色合金. 1998(03)
本文编号：3266452
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