Al-Ti-YSZ热障涂层制备及其抗CMAS腐蚀机理研究
发布时间：2021-08-27 05:01
热障涂层广泛应用于航空发动机热端部件,降低基底表面温度,从而延长器件寿命、降低燃油消耗以提高发动机效率。然而航空发动机在服役过程中,不可避免的摄入空气中的钙镁铝硅氧化物颗粒（CMAS）,这些颗粒在高温下熔融附着在热障涂层表面,并沿孔隙和微裂纹等渗入涂层内部,导致涂层的成分、结构和性能等退化,最终涂层剥落失效。目前应用最广泛的7YSZ热障涂层材料极易遭到CMAS的腐蚀破坏,因此,有必要研究如何提高热障涂层抗CMAS腐蚀能力,同时不损害涂层本身其他优异性能。基于此,本文通过Al2O3和TiO2对YSZ自身进行改性,对涂层成分设计、力学性能和抗CMAS腐蚀机理进行系统的研究。主要研究内容和结果如下:（1）设计添加不同Al2O3和TiO2含量的YSZ涂层材料成分,研究材料的相组成、CMAS高温腐蚀情况以及改性前后材料的热学性能。结果表明,CMAS腐蚀破坏造成7YSZ微观结构分层,并发生t-m相变。通过Al2O3和TiO<...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型热障涂层体系的结构示意图
图 1.2 氧化钇-氧化锆相图[19]中可以看出，当 Y2O3含量较低的时候，YSZ 在降温变，这对于涂层的安全应用是不利的；但是 Y2O3的存在，c 相 ZrO2的断裂韧性比 t 相 ZrO2低得多，在裂，引起事故[20]。目前应用的 7YSZ 材料在涂层的却速度，这时 YSZ 形成一种新的非转变型四方 t′相达到 1200°C 时也能够保持相稳定，不会发生相转变 7YSZ 涂层的热导率在服役过程中随温度的变化很。然而，YSZ 涂层在更高温度使用时，展现出了一层在高温下容易发生烧结现象，这将导致涂层的杨这将造成涂层的应变容限降低和隔热效果降低，影响，找寻新的替代 YSZ 作为热障涂层的材料成为了研战。目前，文献报道部分稀土氧化物有望成为新一代多数热导率较 YSZ 低，热稳定性比 YSZ 好，能够在
APS)、电子束物理气相沉积(Electron Beam Physical Vapor Deposition: EB-PVD)、爆炸喷涂、化学气相沉积、超音速火焰喷涂、等离子喷涂-物理气相沉积、悬浮液等离子喷涂等[12]。大气等离子喷涂和电子束物理气相沉积方法是目前制备热障涂层最常用的方法，下面将详细介绍：大气等离子喷涂由于其操作简单、工业成本较低等优点被广泛应用于热障涂层的制备。APS 涂层制备过程如图 1.3(a)所示[27]。等离子喷涂是利用等离子将陶瓷粉末加热到融化或者半融化状态后，随高速焰流喷涂到材料表面，形成板条状结构的热障涂层[27]。控制等离子喷涂工艺参数可以实现对涂层性能的控制，APS涂层微观结构如图 1.3(b)所示，APS 涂层具有多孔、板条状结构，并且板条与板条之间的微裂纹清晰可见。APS 方法制备的涂层热导率低，这主要是依赖于涂层的高孔隙率和层状结构[28]。APS 制备的涂层也有一定的缺陷，如应变容限低，容易受到冲蚀破坏，板条边界低的韧性容易成为裂纹萌生位置[29]。此外，APS涂层没有化学键合到粘结层上，并且制备前表面通常采用粗糙化处理以增加粘结性能，这可能导致额外的失效可能性[30]。因此，优化 APS 涂层性能还有待进一步研究。(b)(a)
【参考文献】：
期刊论文
[1]涡轮叶片先进气膜冷却与相关激光打孔技术进展[J]. 张文武,郭春海,张天润,王斌,陶俊,焦俊科. 航空制造技术. 2016(22)
[2]热障涂层力学性能的实验测试方法研究进展[J]. 朱建国,谢惠民,刘战伟. 力学学报. 2013(01)
[3]热障涂层的破坏机理与寿命预测[J]. 周益春,刘奇星,杨丽,吴多锦,毛卫国. 固体力学学报. 2010(05)
[4]先进航空发动机热障涂层技术研究进展[J]. 郭洪波,宫声凯,徐惠彬. 中国材料进展. 2009(Z2)
[5]热障涂层技术在航空发动机上的应用与发展[J]. 牟仁德,陆峰,何利民,贺世美,黄光宏. 热喷涂技术. 2009(01)
[6]热障涂层在航空发动机涡轮叶片上的应用[J]. 文生琼,何爱杰,王皓. 燃气涡轮试验与研究. 2009(01)
[7]航空发动机热障涂层材料体系的研究[J]. 徐惠彬,宫声凯,刘福顺. 航空学报. 2000(01)
博士论文
[1]薄膜材料鼓包装置的研制及力学性能表征[D]. 王子菡.湘潭大学 2012
本文编号：3365703
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型热障涂层体系的结构示意图
图 1.2 氧化钇-氧化锆相图[19]中可以看出，当 Y2O3含量较低的时候，YSZ 在降温变，这对于涂层的安全应用是不利的；但是 Y2O3的存在，c 相 ZrO2的断裂韧性比 t 相 ZrO2低得多，在裂，引起事故[20]。目前应用的 7YSZ 材料在涂层的却速度，这时 YSZ 形成一种新的非转变型四方 t′相达到 1200°C 时也能够保持相稳定，不会发生相转变 7YSZ 涂层的热导率在服役过程中随温度的变化很。然而，YSZ 涂层在更高温度使用时，展现出了一层在高温下容易发生烧结现象，这将导致涂层的杨这将造成涂层的应变容限降低和隔热效果降低，影响，找寻新的替代 YSZ 作为热障涂层的材料成为了研战。目前，文献报道部分稀土氧化物有望成为新一代多数热导率较 YSZ 低，热稳定性比 YSZ 好，能够在
APS)、电子束物理气相沉积(Electron Beam Physical Vapor Deposition: EB-PVD)、爆炸喷涂、化学气相沉积、超音速火焰喷涂、等离子喷涂-物理气相沉积、悬浮液等离子喷涂等[12]。大气等离子喷涂和电子束物理气相沉积方法是目前制备热障涂层最常用的方法，下面将详细介绍：大气等离子喷涂由于其操作简单、工业成本较低等优点被广泛应用于热障涂层的制备。APS 涂层制备过程如图 1.3(a)所示[27]。等离子喷涂是利用等离子将陶瓷粉末加热到融化或者半融化状态后，随高速焰流喷涂到材料表面，形成板条状结构的热障涂层[27]。控制等离子喷涂工艺参数可以实现对涂层性能的控制，APS涂层微观结构如图 1.3(b)所示，APS 涂层具有多孔、板条状结构，并且板条与板条之间的微裂纹清晰可见。APS 方法制备的涂层热导率低，这主要是依赖于涂层的高孔隙率和层状结构[28]。APS 制备的涂层也有一定的缺陷，如应变容限低，容易受到冲蚀破坏，板条边界低的韧性容易成为裂纹萌生位置[29]。此外，APS涂层没有化学键合到粘结层上，并且制备前表面通常采用粗糙化处理以增加粘结性能，这可能导致额外的失效可能性[30]。因此，优化 APS 涂层性能还有待进一步研究。(b)(a)
【参考文献】：
期刊论文
[1]涡轮叶片先进气膜冷却与相关激光打孔技术进展[J]. 张文武,郭春海,张天润,王斌,陶俊,焦俊科. 航空制造技术. 2016(22)
[2]热障涂层力学性能的实验测试方法研究进展[J]. 朱建国,谢惠民,刘战伟. 力学学报. 2013(01)
[3]热障涂层的破坏机理与寿命预测[J]. 周益春,刘奇星,杨丽,吴多锦,毛卫国. 固体力学学报. 2010(05)
[4]先进航空发动机热障涂层技术研究进展[J]. 郭洪波,宫声凯,徐惠彬. 中国材料进展. 2009(Z2)
[5]热障涂层技术在航空发动机上的应用与发展[J]. 牟仁德,陆峰,何利民,贺世美,黄光宏. 热喷涂技术. 2009(01)
[6]热障涂层在航空发动机涡轮叶片上的应用[J]. 文生琼,何爱杰,王皓. 燃气涡轮试验与研究. 2009(01)
[7]航空发动机热障涂层材料体系的研究[J]. 徐惠彬,宫声凯,刘福顺. 航空学报. 2000(01)
博士论文
[1]薄膜材料鼓包装置的研制及力学性能表征[D]. 王子菡.湘潭大学 2012
本文编号：3365703
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3365703.html
