活性元素掺杂NiAl粘结层制备及抗氧化性能研究
发布时间：2022-12-23 20:45
热障涂层广泛用于地面燃气轮机和航空发动机的高温合金部件,降低其表面温度,避免受到高温燃气的腐蚀和氧化,进而提高发动机的工作效率和服役寿命。在高温和热循环的环境中长时间服役后,热障涂层陶瓷层会发生剥落,失去保护作用。粘结层的抗氧化性能是影响热障涂层耐久性的最重要因素,而粘结层的抗氧化性能直接决定于其化学成分。因此优化粘结层的化学成分以提高其抗氧化性能是改善热障涂层寿命的重要手段。随着涡轮前进口温度的不断提高,传统的MCrAlY（M:Ni或者Co）粘结层材料已经不能满足要求。NiAl（1:1 at.%）具有高熔点、低密度、低成本和抗氧化性能好等优点,被认为是最有潜力的新型粘结层材料。然而,虽然NiAl在高温下能生成一层连续的氧化层,但其粘附性较差,在热循环过程中容易剥落,因此需要加入第三种元素进行改性。研究表明,在NiAl中掺杂微量的活性元素（Reactive Element,RE）能显著提高氧化层的粘附性。大气等离子喷涂具有操作简单、成本低等优点,被广泛用于热障涂层粘结层的制备,如MCrAlY粘结层。与MCrAlY相比,采用大气等离子喷涂制备NiAl粘结层相对困难,目前报道很少。所以优化...
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 热障涂层体系
1.2.1 镍基高温合金
1.2.2 陶瓷层
1.2.3 粘结层
1.3 热障涂层的失效机制
1.3.1 化学因素
1.3.2 热力因素
1.4 热障涂层粘结层的研究进展
1.4.1 传统MCrAlY粘结层
1.4.2 NiPtAl粘结层
1.4.3 影响粘结层抗氧化性能的因素
1.5 NiAl材料
1.5.1 NiAl的物理和化学性质
1.5.2 NiAl的强韧化改善机制
1.5.3 活性元素对NiAl氧化行为的影响
1.6 活性元素掺杂NiAl粘结层的研究进展
1.7 研究意义及技术路线
1.7.1 研究意义
1.7.2 研究技术路线
第二章 样品制备和主要表征技术
2.1 主要实验设备
2.2 实验原料
2.3 样品制备
2.3.1 合金样品制备
2.3.2 喷涂粉末制备
2.3.3 粘结层和陶瓷层的制备
2.4 主要表征技术
2.4.1 粗糙度测量
2.4.2 氧化层中应力测量
2.4.3 元素深度分析
第三章 Lu、Hf及 Cr掺杂NiAl合金抗氧化性能研究
3.1 前言
3.2 样品制备和性能表征
3.2.1 样品制备
3.2.2 性能表征
3.3 实验结果
3.3.1 显微结构和掺杂元素分布
3.3.2 掺杂元素对NiAl合金等温氧化的影响
3.3.3 掺杂元素对NiAl合金循环氧化的影响
3.3.4 掺杂元素对杂质元素偏析的影响
3.3.5 掺杂元素对氧化层应力的影响
3.4 讨论
3.4.1 掺杂元素对氧化速率的影响
3.4.2 掺杂元素对氧化层应力的影响
3.4.3 掺杂元素对氧化层剥落行为的影响
3.5 结论
第四章 Hf掺杂NiAl粘结层抗氧化性能研究
4.1 前言
4.2 样品制备和表征
4.2.1 样品制备
4.2.2 样品的表征
4.3 实验结果
4.3.1 粘结层的微观结构
4.3.2 氧化层的剥落行为
4.3.3 氧化层的显微结构和表面形貌
4.3.4 氧化层的生长速率
4.3.5 粘结层和基体之间的扩散
4.3.6 活性元素Hf在粘结层中的存在形式
4.4 讨论
4.4.1 影响氧化层生长速率的因素
4.4.2 影响氧化层剥落的因素
4.5 结论
第五章 粘结层化学成分对热障涂层寿命的影响
5.1 前言
5.2 样品制备和表征
5.2.1 样品制备
5.2.2 样品表征
5.3 实验结果
5.3.1 粘结层在热循环过程中微观结构的变化
5.3.2 粘结层在热循环过程中的内氧化
5.3.3 热循环过程中氧化层的生长
5.3.4 热障涂层的循环寿命
5.3.5 陶瓷层和氧化层界面粗糙度的变化
5.3.6 热障涂层的失效模式
5.4 讨论
5.5 结论
第六章 Al_2O_3强化NiAl材料抗氧化性能研究
6.1 前言
6.2 样品制备和表征
6.2.1 样品制备
6.2.2 样品表征
6.3 实验结果
6.3.1 样品显微结构
6.3.2 杨氏模量和硬度
6.3.3 氧化层生长速率和显微结构
6.3.4 氧化层应力
6.3.5 表面起皱
6.3.6 氧化层剥落行为
6.4 讨论
6.5 结论
第七章 全文总结
7.1 主要结论
7.2 主要创新点
7.3 课题展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的学术成果
本文编号：3725397
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 热障涂层体系
1.2.1 镍基高温合金
1.2.2 陶瓷层
1.2.3 粘结层
1.3 热障涂层的失效机制
1.3.1 化学因素
1.3.2 热力因素
1.4 热障涂层粘结层的研究进展
1.4.1 传统MCrAlY粘结层
1.4.2 NiPtAl粘结层
1.4.3 影响粘结层抗氧化性能的因素
1.5 NiAl材料
1.5.1 NiAl的物理和化学性质
1.5.2 NiAl的强韧化改善机制
1.5.3 活性元素对NiAl氧化行为的影响
1.6 活性元素掺杂NiAl粘结层的研究进展
1.7 研究意义及技术路线
1.7.1 研究意义
1.7.2 研究技术路线
第二章 样品制备和主要表征技术
2.1 主要实验设备
2.2 实验原料
2.3 样品制备
2.3.1 合金样品制备
2.3.2 喷涂粉末制备
2.3.3 粘结层和陶瓷层的制备
2.4 主要表征技术
2.4.1 粗糙度测量
2.4.2 氧化层中应力测量
2.4.3 元素深度分析
第三章 Lu、Hf及 Cr掺杂NiAl合金抗氧化性能研究
3.1 前言
3.2 样品制备和性能表征
3.2.1 样品制备
3.2.2 性能表征
3.3 实验结果
3.3.1 显微结构和掺杂元素分布
3.3.2 掺杂元素对NiAl合金等温氧化的影响
3.3.3 掺杂元素对NiAl合金循环氧化的影响
3.3.4 掺杂元素对杂质元素偏析的影响
3.3.5 掺杂元素对氧化层应力的影响
3.4 讨论
3.4.1 掺杂元素对氧化速率的影响
3.4.2 掺杂元素对氧化层应力的影响
3.4.3 掺杂元素对氧化层剥落行为的影响
3.5 结论
第四章 Hf掺杂NiAl粘结层抗氧化性能研究
4.1 前言
4.2 样品制备和表征
4.2.1 样品制备
4.2.2 样品的表征
4.3 实验结果
4.3.1 粘结层的微观结构
4.3.2 氧化层的剥落行为
4.3.3 氧化层的显微结构和表面形貌
4.3.4 氧化层的生长速率
4.3.5 粘结层和基体之间的扩散
4.3.6 活性元素Hf在粘结层中的存在形式
4.4 讨论
4.4.1 影响氧化层生长速率的因素
4.4.2 影响氧化层剥落的因素
4.5 结论
第五章 粘结层化学成分对热障涂层寿命的影响
5.1 前言
5.2 样品制备和表征
5.2.1 样品制备
5.2.2 样品表征
5.3 实验结果
5.3.1 粘结层在热循环过程中微观结构的变化
5.3.2 粘结层在热循环过程中的内氧化
5.3.3 热循环过程中氧化层的生长
5.3.4 热障涂层的循环寿命
5.3.5 陶瓷层和氧化层界面粗糙度的变化
5.3.6 热障涂层的失效模式
5.4 讨论
5.5 结论
第六章 Al_2O_3强化NiAl材料抗氧化性能研究
6.1 前言
6.2 样品制备和表征
6.2.1 样品制备
6.2.2 样品表征
6.3 实验结果
6.3.1 样品显微结构
6.3.2 杨氏模量和硬度
6.3.3 氧化层生长速率和显微结构
6.3.4 氧化层应力
6.3.5 表面起皱
6.3.6 氧化层剥落行为
6.4 讨论
6.5 结论
第七章 全文总结
7.1 主要结论
7.2 主要创新点
7.3 课题展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的学术成果
本文编号：3725397
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3725397.html
