SZO新型隔热涂层制备与性能研究

发布时间：2017-07-18 14:18

  本文关键词：SZO新型隔热涂层制备与性能研究

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【摘要】：随着航空发动机向高流量比、高推重比、高涡轮进口温度的方向发展,燃烧室中的燃气温度和压力不断在提高,目前使用的热障涂层材料YSZ越来越难满足要求,因此,研究热导率较低、高温相稳定的新型热障涂层陶瓷材料成为热点。目前,具有单一烧绿石结构的A_2B_2O_7型稀土锆酸盐被认为是新型热障涂层的候选材料。本文以Sm_2Zr_2O_7(SZO)陶瓷材料为研究对象,通过添加纳米Al_2O_3和A位掺杂La3+、Gd3+元素制备出SZO+Al_2O_3和(Sm0.5La0.4Gd0.1)2Zr2O7(SLGZO)两种新型SZO陶瓷材料。本文采用化学共沉淀法合成了SZO和SLGZO陶瓷粉体,并研究了两种粉体的煅烧工艺,这两种陶瓷粉体均具有单一的烧绿石结构;采用喷雾干燥法制备了SZO+纳米Al_2O_3复合团聚粉和SLGZO团聚粉,并对其进行高温热处理;采用感应等离子球化对SLGZO粉末进行球化,通过工艺优化,粉末回收率达到94.1%。所制备的粉末松装密度为3.25g/cm3、流动性为22s/50g,与球化前相比,分别提高了121.1%和60.7%。采用大气等离子喷涂方法制备了SZO、SZO+Al_2O_3和SLGZO涂层试样,当温度为800℃时,其热导率分别为0.69W/(m?k)、0.56W/(m?k)、0.74W/(m?k),与SZO相比,添加纳米Al_2O_3粉末后涂层热导率下降了18.8%。采用大气等离子喷涂方法制备SZO/YSZ、SZO+Al_2O_3/YSZ和SLGZO/YSZ双陶瓷热障涂层,其涂层结合强度分别为37.9 MPa、24.5MPa、36.9MPa,孔隙率为13.2%、16.8%、14.5%。采用圆管法对SZO/YSZ、SZO+Al_2O_3/YSZ和SLGZO/YSZ热障涂层隔热性能进行测试,其隔热效果排序:SZO+Al_2O_3/YSZSZO/YSZSLGZO/YSZ。当冷气流量3m3/h,涂层厚度为0.1mm时,与SZO/YSZ涂层相比,添加纳米Al_2O_3后,隔热效果提升了31.1%,SLGZO隔热效果降低了9.7%。采用单面热冲击对SZO+Al_2O_3/YSZ、SLGZO/YSZ进行1300℃抗热冲击性能测试,涂层抗热冲击次数分别为103次和13次,均有待进一步提高。
【关键词】：Sm_2Zr_2O_7 感应等离子球化 热障涂层 隔热效果 热冲击性能
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-24
• 1.1 本论文研究的目的和意义11
• 1.2 热障涂层材料11-16
• 1.2.1 传统YSZ热障涂层材料12-13
• 1.2.2 新型热障涂层陶瓷材料13-16
• 1.3 热喷涂用粉体制备方法16-18
• 1.3.1 固相法16
• 1.3.2 液相法16-17
• 1.3.3 喷雾干燥法17
• 1.3.4 感应等离子球化17-18
• 1.4 热障涂层的制备工艺18-20
• 1.4.1 大气等离子喷涂18-19
• 1.4.2 电子束物理气相沉积（EB-PVD）19-20
• 1.5 热障涂层的失效20-23
• 1.5.1 界面氧化失效20-21
• 1.5.2 热障涂层冲蚀失效21-23
• 1.6 本文研究内容23-24
• 第2章 实验方法与材料设计24-36
• 2.1 试验材料24-25
• 2.1.1 粉体制备原料24
• 2.1.2 涂层制备基体材料24-25
• 2.2 新型锆酸钐陶瓷粉体合成25-27
• 2.3 新型锆酸钐团聚粉体的制备工艺27-29
• 2.3.1 喷雾干燥27-28
• 2.3.2 感应等离子球化28-29
• 2.4 热障涂层制备29-31
• 2.4.1 基体表面预处理29
• 2.4.2 涂层制备29-31
• 2.5 粉体的性能表征31
• 2.5.1 粉体微观形貌分析31
• 2.5.2 粉末松装密度及流动性分析31
• 2.6 涂层性能测试31-36
• 2.6.1 涂层显微结构分析31-32
• 2.6.2 涂层物相分析32-33
• 2.6.3 涂层结合强度测试33
• 2.6.4 涂层热导率测试33-34
• 2.6.5 涂层隔热效果测试34
• 2.6.6 涂层热冲击性能测试34-36
• 第3章 新型锆酸钐陶瓷粉体制备及性能分析36-48
• 3.1 新型锆酸钐陶瓷粉体相结构36-37
• 3.2 新型锆酸钐陶瓷原始粉体形貌37-38
• 3.3 新型锆酸钐陶瓷粉体喷雾造粒工艺研究38-41
• 3.4 新型锆酸钐陶瓷粉体感应等离子球化工艺研究41-45
• 3.4.1 感应等离子球化SZO和SLGZO团聚粉末工艺优化41-43
• 3.4.2 感应等离子球化SLGZO粉末性能43-45
• 3.5 新型锆酸钐陶瓷粉体热导率测试与分析45-46
• 3.6 本章小结46-48
• 第4章 新型锆酸钐热障涂层的制备与性能分析48-59
• 4.1 SZO+Al_2O_3/YSZ和SLGZO/YSZ涂层基本性能分析48-52
• 4.1.1 涂层表面形貌分析48-49
• 4.1.2 涂层截面形貌分析49-50
• 4.1.3 涂层结合强度分析50-52
• 4.2 SZO+Al_2O_3/YSZ和SLGZO/YSZ涂层隔热性能52-53
• 4.3 SZO+Al_2O_3/YSZ和SLGZO/YSZ涂层抗热冲击性能53-58
• 4.3.1 涂层微观组织53-54
• 4.3.2 涂层抗热冲击性能54-58
• 4.4 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-64
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单64-65
• 致谢65

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本文编号：558101