TGO演变对YSZ热障涂层界面性能和循环寿命的影响

发布时间：2023-11-04 07:59

　　YSZ(yttria-stabilized zirconia)热障涂层因具有较低的热导率及良好的高温稳定性,被广泛应用于热端部件中。长期服役后在金属粘结层与陶瓷层之间会出现一个新的热生长氧化物层(Thermal growth oxide,TGO)。它在热障涂层服役的早期阶段起着阻止氧化反应的良好作用,但后期却成为热障涂层失效的根本原因。因此,TGO是影响和控制热障涂层使用寿命的最关键因素。本文通过使用燃气热冲击实验台来模拟真实工况,研究TGO的演变对YSZ热障涂层界面性能和循环寿命的影响。结果表明:(1)TGO演变使得YSZ热障涂层系统的界面性能发生了变化。陶瓷层、粘结层和TGO层的显微硬度和断裂韧性呈现出先上升后下降的趋势,峰值出现在氧化中期,说明氧化后期尖晶石类氧化物的大量生成对热障涂层系统的界面性能产生了负面的影响。(2)TGO演变导致YSZ热障涂层在同一循环实验条件下,循环寿命数据出现了先上升后下降的趋势。涂层失效脱落是从边缘开始呈块状脱落,发生区域为陶瓷层内部,断口为陶瓷层内部的水平垂直裂纹扩展交汇产生。且只有70h氧化后的热障涂层,其TGO层中出现了水平裂纹。(3)YSZ热...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 热障涂层TGO生长行为
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 热障涂层失效机理研究
        1.3.2 热障涂层循环寿命研究
        1.3.3 热障涂层有限元模型研究进展
    1.4 本课题选题意义及研究内容
        1.4.1 选题意义
        1.4.2 研究内容
第二章 实验材料、设备及方法
    2.1 实验材料
    2.2 实验设备
    2.3 实验方法
        2.3.1 涂层的制备
        2.3.2 涂层的高温氧化方法
        2.3.3 涂层的热循环实验方法
        2.3.4 涂层的微观结构形貌表征
        2.3.5 涂层的微纳米压痕硬度测试
第三章 TGO演变对热障涂层界面性能的影响
    3.1 YSZ热障涂层组织的演变
        3.1.1 YSZ热障涂层的微观形貌
        3.1.2 YSZ热障涂层的组织演变
    3.2 YSZ热障涂层氧化机理
        3.2.1 高温氧化过程中金属元素的扩散机制
        3.2.2 YSZ热障涂层的TGO演变机理
    3.3 YSZ热障涂层界面性能的演变
        3.3.1 YSZ热障涂层的微米压痕硬度演变
        3.3.2 YSZ热障涂层的断裂韧性演变
    3.4 本章小结
第四章 TGO演变对热障涂层循环寿命的影响
    4.1 YSZ热障涂层循环实验
    4.2 YSZ热障涂层的组织演变
    4.3 本章小结
第五章 YSZ热障涂层有限元模型分析
    5.1 YSZ热障涂层有限元模型的建立
        5.1.1 YSZ热障涂层几何模型
        5.1.2 YSZ热障涂层物理模型
    5.2 YSZ热障涂层的有限元分析
    5.3 本章小结
结论
致谢
参考文献
作者简介



本文编号：3859899