GH4169合金表面YSZ/Al复合涂层的高温性能研究
发布时间：2021-12-15 23:39
GH4169高温合金是制造航空发动机中涡轮盘和叶片的主要材料。热障涂层对进一步提高高温合金的使用温度,延长服役寿命和降低燃油损耗方面都起到了重要的作用。目前广泛使用等离子喷涂技术来制备热障涂层,为了解决等离子喷涂后涂层表面存在较多孔隙和裂纹的问题,本课题在制备好的等离子喷涂热障涂层表面,利用射频磁控溅射技术制备一层金属Al层,从而形成一种复合热障涂层,来进一步提高涂层的抗氧化和耐腐蚀性能。采用SEM、EDS、XRD等材料测试方法,比较分析最佳工艺下制备的两种热障涂层的表面、截面形貌,元素分布及表面相组成,并对制备得到的涂层进行一系列力学性能测试。研究比较了等离子喷涂热障涂层和YSZ/Al复合热障涂层在不同温度下的高温氧化行为,并分析两者的氧化机理;还研究比较了等离子喷涂热障涂层和YSZ/Al复合热障涂层在熔融态CMAS环境下不同时间的腐蚀行为,并分析了两者的腐蚀机理。结果表明:（1）最佳工艺下制备的等离子喷涂热障涂层厚度约为300μm,YSZ/Al复合涂层厚度约为310μm,涂层间结合良好,元素沿着涂层厚度方向过渡均匀;YSZ/Al复合热障涂层表面平整无起伏,没有明显的孔洞和裂纹;等离...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
航空发动机内部结构
在大多数的实际应用都采用这种结构。但由于热障涂层间的热膨胀系数差距不可避免，所以在加热和冷却的过程中容易产生较大的热应力，对涂层的寿命和可靠性带来影响。为了改善热膨胀系数不匹配的问题，多层热障涂层得到了研究和发展。如图1.2（b）所示，多层结构由封阻层、陶瓷隔热层、氧阻挡层、粘结层组成，每一层都对应不同的防护功能。封阻层主要用于阻挡空气及航空燃料中的腐蚀产物对涂层的侵蚀，氧阻挡层主要用来阻碍氧原子在涂层中的进一步扩散。具有多层结构的热障涂层虽然得到了广泛认可和关注，但由于其结构复杂，所造成的涂层内部的热力学问题更为复杂，同时制备技术难、成本高、周期长，该类型的热障涂层并未能实际投入生产和使用[23]。随着材料科学和制造技术的发展，具有梯度结构的热障涂层逐渐进入人们的视野，如图1.2（c）所示。在梯度涂层中
[41]。图1.4 等离子喷涂原理图（2）电子束-物理气相沉积（EB-PVD）电子束物理气相沉积技术发展与上世界80年代，主要工作原理是在真空状态下，电子枪射出电子束，通过高能量密度的电子束轰击材料靶材并使其蒸发气化，从而使材料蒸气沉积到基体上形成涂层。EB-PVD技术所制得的涂层是柱状晶结构[42]，晶体间由于是冶金结合，所以晶体间结合牢固稳定，在高温工作环境下能保持稳定的性能，经受住热膨胀带来的内应力变化，从而能够极大程度的改善热疲劳性能，其热循环寿命约为APS的8到10倍。相比于传统的APS技术，EB-PVD技术制备的涂层表面更加光滑，涂层不会受到污染，沉积速率高，工艺重复性好且涂层质量稳定。但是由于其制作成本高
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空发动机高温材料的研究现状及展望[J]. 付青峰,杨细莲,刘克明. 热处理技术与装备. 2018(03)
[2]热障涂层在CMAS环境下的失效与防护[J]. 杨姗洁,彭徽,郭洪波. 航空材料学报. 2018(02)
[3]一代新材料,一代新型发动机:航空发动机的发展趋势及其对材料的需求[J]. 刘大响. 材料工程. 2017(10)
[4]航空发动机涡轮叶片热障涂层应用的关键技术和问题[J]. 程玉贤,王璐,袁福河. 航空制造技术. 2017(15)
[5]航空发动机用热障涂层的CMAS侵蚀及防护[J]. 郭巍,马壮,刘玲,朱时珍,李星. 现代技术陶瓷. 2017(03)
[6]热障涂层的CMAS腐蚀失效及对策研究[J]. 亢永霞,白宇,刘琨,王玉,唐健江,韩志海. 稀有金属材料与工程. 2017(01)
[7]航空发动机热障涂层存在的问题及其发展方向[J]. 朱晨,于建海,郭亚飞,丁坤英. 表面技术. 2016(01)
[8]等离子喷涂-物理气相沉积7YSZ热障涂层的高温氧化行为[J]. 陈文龙,刘敏,张吉阜,宋进兵,邓子谦. 中国表面工程. 2015(05)
[9]NiCr-CrAl涂层的高温氧化行为[J]. 任鑫,玄兹航,曹丹凤,孔令梅,朱鹤. 机械工程材料. 2015(06)
[10]航空涡轮发动机现状及未来发展综述[J]. 焦华宾,莫松. 航空制造技术. 2015(12)
博士论文
[1]等离子喷涂纳米陶瓷热障涂层组织与性能研究[D]. 王文权.吉林大学 2005
硕士论文
[1]高温烧结和CMAS腐蚀对APS热障涂层微观组织结构影响的比较[D]. 吴谊友.湘潭大学 2017
[2]γ-TiAl合金表面NiCoCrAlY/ZrO2复合镀层高温氧化性能研究及有限元分析[D]. 陆海峰.南京航空航天大学 2017
[3]GH4169合金表面激光重熔等离子喷涂ZrO2-8%Y2O3热障涂层的高温性能研究[D]. 黄彪子.南京航空航天大学 2017
[4]大气等离子喷涂8YSZ热障涂层微观结构与失效分析[D]. 孟方礼.上海应用技术大学 2016
[5]CMAS腐蚀对热障涂层中氧化锆相稳定性的影响[D]. 闫波.湘潭大学 2016
[6]等离子喷涂热障涂层的氧化行为及失效分析[D]. 王迎亚.沈阳工业大学 2015
[7]Ti2AlNbO相合金表面Al/Al2O3热防护涂层性能研究[D]. 杨晶晶.南京航空航天大学 2014
[8]利用磁控溅射制备薄膜的研究[D]. 乔爱肖.河北科技大学 2013
[9]CMAS对热障涂层影响的研究[D]. 曹健.华北电力大学 2013
[10]Y2O3-ZrO2热障涂层高温氧化、腐蚀及抗热震性能研究[D]. 张佐伊.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3537355
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
航空发动机内部结构
在大多数的实际应用都采用这种结构。但由于热障涂层间的热膨胀系数差距不可避免，所以在加热和冷却的过程中容易产生较大的热应力，对涂层的寿命和可靠性带来影响。为了改善热膨胀系数不匹配的问题，多层热障涂层得到了研究和发展。如图1.2（b）所示，多层结构由封阻层、陶瓷隔热层、氧阻挡层、粘结层组成，每一层都对应不同的防护功能。封阻层主要用于阻挡空气及航空燃料中的腐蚀产物对涂层的侵蚀，氧阻挡层主要用来阻碍氧原子在涂层中的进一步扩散。具有多层结构的热障涂层虽然得到了广泛认可和关注，但由于其结构复杂，所造成的涂层内部的热力学问题更为复杂，同时制备技术难、成本高、周期长，该类型的热障涂层并未能实际投入生产和使用[23]。随着材料科学和制造技术的发展，具有梯度结构的热障涂层逐渐进入人们的视野，如图1.2（c）所示。在梯度涂层中
[41]。图1.4 等离子喷涂原理图（2）电子束-物理气相沉积（EB-PVD）电子束物理气相沉积技术发展与上世界80年代，主要工作原理是在真空状态下，电子枪射出电子束，通过高能量密度的电子束轰击材料靶材并使其蒸发气化，从而使材料蒸气沉积到基体上形成涂层。EB-PVD技术所制得的涂层是柱状晶结构[42]，晶体间由于是冶金结合，所以晶体间结合牢固稳定，在高温工作环境下能保持稳定的性能，经受住热膨胀带来的内应力变化，从而能够极大程度的改善热疲劳性能，其热循环寿命约为APS的8到10倍。相比于传统的APS技术，EB-PVD技术制备的涂层表面更加光滑，涂层不会受到污染，沉积速率高，工艺重复性好且涂层质量稳定。但是由于其制作成本高
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空发动机高温材料的研究现状及展望[J]. 付青峰,杨细莲,刘克明. 热处理技术与装备. 2018(03)
[2]热障涂层在CMAS环境下的失效与防护[J]. 杨姗洁,彭徽,郭洪波. 航空材料学报. 2018(02)
[3]一代新材料,一代新型发动机:航空发动机的发展趋势及其对材料的需求[J]. 刘大响. 材料工程. 2017(10)
[4]航空发动机涡轮叶片热障涂层应用的关键技术和问题[J]. 程玉贤,王璐,袁福河. 航空制造技术. 2017(15)
[5]航空发动机用热障涂层的CMAS侵蚀及防护[J]. 郭巍,马壮,刘玲,朱时珍,李星. 现代技术陶瓷. 2017(03)
[6]热障涂层的CMAS腐蚀失效及对策研究[J]. 亢永霞,白宇,刘琨,王玉,唐健江,韩志海. 稀有金属材料与工程. 2017(01)
[7]航空发动机热障涂层存在的问题及其发展方向[J]. 朱晨,于建海,郭亚飞,丁坤英. 表面技术. 2016(01)
[8]等离子喷涂-物理气相沉积7YSZ热障涂层的高温氧化行为[J]. 陈文龙,刘敏,张吉阜,宋进兵,邓子谦. 中国表面工程. 2015(05)
[9]NiCr-CrAl涂层的高温氧化行为[J]. 任鑫,玄兹航,曹丹凤,孔令梅,朱鹤. 机械工程材料. 2015(06)
[10]航空涡轮发动机现状及未来发展综述[J]. 焦华宾,莫松. 航空制造技术. 2015(12)
博士论文
[1]等离子喷涂纳米陶瓷热障涂层组织与性能研究[D]. 王文权.吉林大学 2005
硕士论文
[1]高温烧结和CMAS腐蚀对APS热障涂层微观组织结构影响的比较[D]. 吴谊友.湘潭大学 2017
[2]γ-TiAl合金表面NiCoCrAlY/ZrO2复合镀层高温氧化性能研究及有限元分析[D]. 陆海峰.南京航空航天大学 2017
[3]GH4169合金表面激光重熔等离子喷涂ZrO2-8%Y2O3热障涂层的高温性能研究[D]. 黄彪子.南京航空航天大学 2017
[4]大气等离子喷涂8YSZ热障涂层微观结构与失效分析[D]. 孟方礼.上海应用技术大学 2016
[5]CMAS腐蚀对热障涂层中氧化锆相稳定性的影响[D]. 闫波.湘潭大学 2016
[6]等离子喷涂热障涂层的氧化行为及失效分析[D]. 王迎亚.沈阳工业大学 2015
[7]Ti2AlNbO相合金表面Al/Al2O3热防护涂层性能研究[D]. 杨晶晶.南京航空航天大学 2014
[8]利用磁控溅射制备薄膜的研究[D]. 乔爱肖.河北科技大学 2013
[9]CMAS对热障涂层影响的研究[D]. 曹健.华北电力大学 2013
[10]Y2O3-ZrO2热障涂层高温氧化、腐蚀及抗热震性能研究[D]. 张佐伊.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3537355
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