Ca/Si变化的CMAS腐蚀作用下EB-PVD热障涂层微结构演变规律
发布时间：2021-08-26 12:02
随着涡轮发动机推重比的提高,其工作温度不断提升。热障涂层（TBCs）由于能显著提高航空发动机的工作温度从而提高其工作效率,因此被广泛应用于航空发动机的热端部件。熔融的钙镁铝硅（CMAS）很容易沿着陶瓷层的孔隙向基底方向渗透,发生复杂的相互作用,导致TBCs剥落失效。CMAS的组分复杂多变,其与TBCs中YSZ发生相互作用后的微结构特征也多种多样,而其中起主要作用的是Ca和Si。然而,目前人们在CMAS中Ca/Si变化对YSZ TBCs微结构演变方面的认识还非常有限。基于此,本文以采用电子束物理气相沉积（EB-PVD）法在氧化铝（Al2O3）基底上沉积的,主要成分为氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）TBCs为研究对象,通过运用X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等表征手段,对比研究了三种代表性组分其对应Ca/Si比值分别为0.33,0.73,1.78的CMAS高温腐蚀对TBCs微结构的影响。主要研究结果如下:当Ca/Si的比值为0.33时,在陶瓷层表面YSZ和CMAS发生化学反应,形成ZrSiO4。陶瓷层上层“羽毛状”柱状...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
镍基合金和热障涂层能够承受的极限温度图
其结构示意图如图1.2 所示：图 1.2 典型的热障涂层结构示意图热障涂层的陶瓷层，目前主要采用 6%-8%氧化钇（Y2O3）部分稳定氧化锆（ZrO2）（Yttria Stabilized Zirconia, 简称 YSZ）。以 ZrO2为主要晶相的陶瓷材料具有热导率低、熔点高、化学稳定性，尤其是具有较高的热膨胀系数，使其成为理想的热障涂层材料。然而，纯的 ZrO2在高温下相不稳定，纯 ZrO2的两个相转变温度为：单斜 ZrO2向四方 ZrO2可逆转变温度是 1170℃，四方 ZrO2向立方
图 1.3 YSZ 的二元相图[17] MCrAlY 或者是 Pt 改性的 NiAl 合金。这两种的环境下可以生成致密的 Al2O3层，阻止氧的抗氧化性能。M 代表 Ni 或者 Co 或者 Ni+蚀性能，粘结层的作用是缓解陶瓷层和金属基基体的抗氧化性能。此外，涂层中还可以添加r 等来改善涂层的力学性能和抗氧化性能。例料上用低压等离子喷涂获得了含有 1.5%~10%层的热疲劳寿命和抗氧化能力得到了提高。基高温合金，其主要元素有 Ni、Cr、Al、Y，Ti、W、C、Nb、V、Hf、Fe、Zn 和 B 等。C能够生成致密的氧化膜，防止内部金属被氧足够的刚度和强度，能够承受一定的机械载
【参考文献】：
期刊论文
[1]热障涂层失效机理与寿命预测研究方法[J]. 艾松,刘维兵,赵仕志,杨勇. 东方汽轮机. 2015(04)
[2]热障涂层抗腐蚀研究进展[J]. 华云峰,潘伟,李争显,杜继红,赵蒙,任小瑞. 稀有金属材料与工程. 2013(09)
[3]热障涂层的冲蚀破坏机理研究进展[J]. 杨丽,周益春,齐莎莎. 力学进展. 2012(06)
[4]CMAS渗入对等离子喷涂YSZ热障涂层形貌的影响[J]. 何箐,刘新基,柳波,吕玉芬,汪瑞军,王伟平. 中国表面工程. 2012(04)
[5]热障涂层失效机理研究进展[J]. 华佳捷,张丽鹏,刘紫微,王墉哲,林初城,曾毅,郑学斌. 无机材料学报. 2012(07)
[6]CMAS环境下电子束物理气相沉积热障涂层的热循环行为及失效机制[J]. 苗文辉,王璐,郭洪波,彭徽,王凯,宫声凯. 复合材料学报. 2012(05)
[7]Evaluation of plasma sprayed YSZ thermal barrier coatings with the CMAS deposits infiltration using impedance spectroscopy[J]. Musharaf Abbas. Progress in Natural Science:Materials International. 2012(01)
[8]热障涂层的研究现状及其制备技术[J]. 于海涛,牟仁德,谢敏,郭巍,牛晓庆,宋希文. 稀土. 2010(05)
[9]燃气轮机热障涂层的研究现状与发展趋势[J]. 王文杰,苗淼. 热加工工艺. 2010(08)
[10]等离子熔覆镍基合金及复合材料涂层的组织与性能研究[J]. 田玉亮,刘海飞,刘邦武,肖宁,许根国. 热喷涂技术. 2010(01)
硕士论文
[1]热障涂层高温CMAS腐蚀失效的声发射检测与模式识别[D]. 阳甜甜.湘潭大学 2016
[2]高温下EB-PVD YSZ热障涂层本征微观结构退化的研究[D]. 付义根.湘潭大学 2016
[3]EBPVD热障涂层与熔融CMAS化学反应产物ZrSiO4生长特点的表征[D]. 李国正.湘潭大学 2016
[4]1200℃烧结EB-PVD YSZ涂层微结构演变的TEM表征与分析[D]. 张勇.湘潭大学 2015
[5]火山灰高温腐蚀EB-PVD热障涂层的微结构研究[D]. 昌盛.湘潭大学 2014
[6]CMAS对热障涂层影响的研究[D]. 曹健.华北电力大学 2013
[7]R2Zr2O7型稀土锆酸盐热障涂层的组织结构及CMAS腐蚀行为[D]. 张维亨.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3364208
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
镍基合金和热障涂层能够承受的极限温度图
其结构示意图如图1.2 所示：图 1.2 典型的热障涂层结构示意图热障涂层的陶瓷层，目前主要采用 6%-8%氧化钇（Y2O3）部分稳定氧化锆（ZrO2）（Yttria Stabilized Zirconia, 简称 YSZ）。以 ZrO2为主要晶相的陶瓷材料具有热导率低、熔点高、化学稳定性，尤其是具有较高的热膨胀系数，使其成为理想的热障涂层材料。然而，纯的 ZrO2在高温下相不稳定，纯 ZrO2的两个相转变温度为：单斜 ZrO2向四方 ZrO2可逆转变温度是 1170℃，四方 ZrO2向立方
图 1.3 YSZ 的二元相图[17] MCrAlY 或者是 Pt 改性的 NiAl 合金。这两种的环境下可以生成致密的 Al2O3层，阻止氧的抗氧化性能。M 代表 Ni 或者 Co 或者 Ni+蚀性能，粘结层的作用是缓解陶瓷层和金属基基体的抗氧化性能。此外，涂层中还可以添加r 等来改善涂层的力学性能和抗氧化性能。例料上用低压等离子喷涂获得了含有 1.5%~10%层的热疲劳寿命和抗氧化能力得到了提高。基高温合金，其主要元素有 Ni、Cr、Al、Y，Ti、W、C、Nb、V、Hf、Fe、Zn 和 B 等。C能够生成致密的氧化膜，防止内部金属被氧足够的刚度和强度，能够承受一定的机械载
【参考文献】：
期刊论文
[1]热障涂层失效机理与寿命预测研究方法[J]. 艾松,刘维兵,赵仕志,杨勇. 东方汽轮机. 2015(04)
[2]热障涂层抗腐蚀研究进展[J]. 华云峰,潘伟,李争显,杜继红,赵蒙,任小瑞. 稀有金属材料与工程. 2013(09)
[3]热障涂层的冲蚀破坏机理研究进展[J]. 杨丽,周益春,齐莎莎. 力学进展. 2012(06)
[4]CMAS渗入对等离子喷涂YSZ热障涂层形貌的影响[J]. 何箐,刘新基,柳波,吕玉芬,汪瑞军,王伟平. 中国表面工程. 2012(04)
[5]热障涂层失效机理研究进展[J]. 华佳捷,张丽鹏,刘紫微,王墉哲,林初城,曾毅,郑学斌. 无机材料学报. 2012(07)
[6]CMAS环境下电子束物理气相沉积热障涂层的热循环行为及失效机制[J]. 苗文辉,王璐,郭洪波,彭徽,王凯,宫声凯. 复合材料学报. 2012(05)
[7]Evaluation of plasma sprayed YSZ thermal barrier coatings with the CMAS deposits infiltration using impedance spectroscopy[J]. Musharaf Abbas. Progress in Natural Science:Materials International. 2012(01)
[8]热障涂层的研究现状及其制备技术[J]. 于海涛,牟仁德,谢敏,郭巍,牛晓庆,宋希文. 稀土. 2010(05)
[9]燃气轮机热障涂层的研究现状与发展趋势[J]. 王文杰,苗淼. 热加工工艺. 2010(08)
[10]等离子熔覆镍基合金及复合材料涂层的组织与性能研究[J]. 田玉亮,刘海飞,刘邦武,肖宁,许根国. 热喷涂技术. 2010(01)
硕士论文
[1]热障涂层高温CMAS腐蚀失效的声发射检测与模式识别[D]. 阳甜甜.湘潭大学 2016
[2]高温下EB-PVD YSZ热障涂层本征微观结构退化的研究[D]. 付义根.湘潭大学 2016
[3]EBPVD热障涂层与熔融CMAS化学反应产物ZrSiO4生长特点的表征[D]. 李国正.湘潭大学 2016
[4]1200℃烧结EB-PVD YSZ涂层微结构演变的TEM表征与分析[D]. 张勇.湘潭大学 2015
[5]火山灰高温腐蚀EB-PVD热障涂层的微结构研究[D]. 昌盛.湘潭大学 2014
[6]CMAS对热障涂层影响的研究[D]. 曹健.华北电力大学 2013
[7]R2Zr2O7型稀土锆酸盐热障涂层的组织结构及CMAS腐蚀行为[D]. 张维亨.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3364208
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