元素掺杂对热障复合涂层组织与性能的影响

发布时间：2017-05-03 06:02

  本文关键词：元素掺杂对热障复合涂层组织与性能的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：采用电泳沉积的方法在Inconel600高温合金基体的表面制备YSZ/(Al,Ni)复合涂层,研究了基体进行喷丸处理后的YSZ/(Al,Ni)复合涂层组织与性能、掺杂稀土Gd2O3对G-YSZ/(Al,Ni)复合涂层相变和显微结构的影响和掺杂稀土Nd2O3对N-YSZ/(Al,Ni)复合涂层组织和性能的影响。与基体未进行喷丸处理的相比,对基体进行喷丸处理后制备的复合涂层其结合力比基体未处理制备的复合涂层要大,而且表面裂纹较少。在能谱分析中,YSZ/(Al,Ni)热障复合涂层在高温氧化后Cr元素从基体向界面处偏聚。在1100℃空气中氧化的过程中,YSZ/(Al,Ni)复合涂层中Cr元素向界面扩散厚度为2.91μm,而基体进行喷丸处理后的YSZ/(Al,Ni)复合涂层4.0μm。研究表明,相比于YSZ/(Al,Ni)复合涂层,基体经喷丸处理后的YSZ/(Al,Ni)复合涂层具有较好的结合力和抗高温氧化性能。研究结果表明,掺杂稀土氧化钆的G-YSZ/(Al,Ni)热障复合涂层在等温氧化过程中颗粒长大较小、裂纹少、表面更加致密。在经过氧化100 h后,掺杂稀土的G-YSZ/(Al,Ni)复合涂层结合强度为3.5 N,未掺杂稀土YSZ/(Al,Ni)复合涂层与基体的结合强度为2.6 N。G-YSZ/(Al,Ni)热障复合涂层中存在Gd2Zr2O7相和稳定的NiAl2O4相,Gd2Zr2O7耐高温氧化性能优异和稳定性较好。掺杂稀土元素钆的G-YSZ/(Al,Ni)涂层具有更优异的更高温氧化性能。等温氧化100h后,掺杂了稀土氧化钆的G-YSZ/(Al,Ni)复合涂层基体之间具有更好的结合力,抗剥落性和服役寿命较好。与YSZ/(Al,Ni)复合涂层相比,掺杂稀土氧化钕的N-YSZ/(Al,Ni)复合涂层在等温氧化过程中颗粒长大较小、裂纹少、表面更加致密,并且发生自愈合现象。在等温氧化100h后,N-YSZ/(Al,Ni)复合涂层的结合强度为3.26 N。在1100℃下空气中等温氧化100h后,掺杂了稀土元素钕的N-YSZ/(Al,Ni)复合涂层具有更加优异的结合强度,改善了抗剥落性能和服役寿命。在1100℃下空气中等温氧化过程中,掺杂稀土元素钕的N-YSZ/(Al,Ni)复合涂层的抗高温氧化性能比未掺杂稀土元素的YSZ/(Al,Ni)复合涂层显著提。
【关键词】：电泳沉积 稀土掺杂 喷丸处理 高温氧化 结合强度 自愈合
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 选题的来源背景和意义11-12
• 1.2 热障复合涂层的结构体系12-13
• 1.3 热障涂层材料13-15
• 1.4 热障复合涂层的主要制造方法15-19
• 1.4.1 电子束物理气相沉积15-16
• 1.4.2 等离子喷涂16-17
• 1.4.3 磁控溅射技术17
• 1.4.4 电泳沉积技术17-19
• 1.5 复合涂层的失效原因19-21
• 1.5.1 氧化锆陶瓷层相变19-20
• 1.5.2 腐蚀环境引起涂层失效20
• 1.5.3 热失配应力引起涂层失效20
• 1.5.4 TGO的生长引起涂层失效20-21
• 1.6 改善复合涂层性能方法21-22
• 1.6.1 基体预处理21
• 1.6.2 掺杂稀土元素21
• 1.6.3 加入添加剂21-22
• 1.7 本课题研究的主要内容22-24
• 第二章 实验材料与方法24-33
• 2.1 实验材料24-25
• 2.2 实验设备25
• 2.3 实验设计及方法25-26
• 2.4 试样制备26-31
• 2.5 组织结构分析及性能测试31-33
• 2.5.1 热障复合涂层的物相成分分析31
• 2.5.2 涂层的性能测试31-33
• 第三章 基体经喷丸处理后对YSZ/( Al,Ni)热障复合涂层组织与性能的影响33-42
• 引言33
• 3.1 基体经喷丸处理后的YSZ/(Al, Ni)复合涂层的物相与组织分析33-39
• 3.2 YSZ/(Al, Ni)复合涂层的抗高温氧化性能39-40
• 3.3 基体经喷丸处理后的YSZ/(Al, Ni)复合涂层的结合强度40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 掺杂稀土元素氧化钆对YSZ/ (Al, Ni)热障涂层组织与性能的影响42-49
• 引言42-43
• 4.1 YSZ/(Al, Ni)和G-YSZ/(Al, Ni)复合涂层的抗高温氧化性能43-44
• 4.2 YSZ/(Al, Ni)和 G-YSZ/(Al, Ni)复合涂层的复合涂层物相分析44-46
• 4.3 YSZ/(Al, Ni)和 G-YSZ/(Al, Ni)复合涂层的复合涂层表面形貌46-47
• 4.4 YSZ/(Al, Ni)和G-YSZ/(Al, Ni)复合涂层的结合强度47-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第五章 掺杂稀土氧化钕对YSZ/(Al, Ni)热障涂层组织与性能的影响49-58
• 引言49
• 5.1 YSZ/(Al, Ni)和N-YSZ/(Al, Ni)复合涂层的抗高温氧化性能49-50
• 5.2 YSZ/(Al, Ni)和N-YSZ/(Al, Ni)复合涂层的物相及组织分析50-54
• 5.3 YSZ/(Al, Ni)和N-YSZ/(Al, Ni)复合涂层的表面形貌54-55
• 5.4 YSZ/(Al, Ni)和N-YSZ/(Al, Ni)复合涂层的结合强度55-57
• 5.5 本章小结57-58
• 第六章 总结与展望58-61
• 6.1 总结58-59
• 6.2 展望59-61
• 参考文献61-66
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果66-67
• 致谢67-68

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