微观结构对大气等离子喷涂热障涂层应力状态的影响

发布时间：2017-08-23 04:42

  本文关键词：微观结构对大气等离子喷涂热障涂层应力状态的影响

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【摘要】：为了得到更高的推重比和燃烧效率,燃气涡轮机的使用温度被不断提高。随着热障涂层的应用,高温合金可以在其熔点以上的温度下运行。大气等离子喷涂方法制备的热障涂层的层状结构陶瓷层,在热循环工况下容易发生开裂,从而缩短了热障涂层的服役寿命。因此,本文基于等离子喷涂涂层典型微观结构模型,首先分析了未结合缺陷对应力状态的影响,并讨论了无冷却喷涂工艺参数对陶瓷层内裂纹系统和寿命的影响。在此基础上,设计了包含垂直裂纹、横向孔隙以及致密结构的长寿命的多层结构热障涂层。研究表明,未结合长度对涂层中裂纹尖端应力的影响最大,相互间的间距影响次之,扁平粒子厚度的作用基本可以忽略。此外,在未结合尾部存在压应力区,其所占范围与最大压应力值均随未结合长度的增加而减小。随喷涂距离增加,较长未结合缺陷的绝对长度值和比例均增大,但单个未结合缺陷的长度都主要分布在5-20μm的范围内。在相同热循环次数下,喷涂距离较大的试样的陶瓷层内裂纹总长度也较大。首次系统研究了垂直裂纹和横向分叉裂纹数量、尺度与无冷却喷涂工艺参数的关系。热循环试验表明,维持一定垂直裂纹的同时,降低横向分叉裂纹可将热障涂层热循环寿命提高至3倍以上。设计与制备的多层结构热障涂层的抗CMAS腐蚀性能与常规涂层相当,而且其抗热循环和抗氧化性能均显著优于常规热障涂层。
【关键词】：热障涂层 大气等离子喷涂 未结合 应力状态 热循环
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-27
• 1.1 引言11-13
• 1.2 热障涂层的制备及陶瓷层材料13-18
• 1.2.1 热障涂层常用制备工艺13-16
• 1.2.2 热障涂层陶瓷层材料的研究现状16-18
• 1.3 有限元技术在热障涂层方面的应用18-21
• 1.4 等离子喷涂技术制备热障涂层21-23
• 1.4.1 等离子喷涂技术的基本原理及涂层形成21
• 1.4.2 采用等离子喷涂技术制备长寿命热障涂层21-23
• 1.5 热障涂层失效影响因素23-25
• 1.5.1 热障涂层陶瓷开裂23
• 1.5.2 热障涂层氧化作用的介绍23-24
• 1.5.3 热障涂层熔融玻璃腐蚀的介绍24-25
• 1.6 本文的研究目的及内容25-27
• 第2章 涂层的微观结构参量对其应力状态的影响27-37
• 2.1 引言27
• 2.2 理想化结构模型介绍及有限元模型说明27-31
• 2.2.1 理想化结构模型介绍27-28
• 2.2.2 几何模型28-29
• 2.2.3 材料参数与施加的载荷和边界条件29-31
• 2.3 未结合缺陷长度对涂层应力状态的影响31-32
• 2.4 未结合缺陷间距对涂层应力状态的影响32-33
• 2.5 扁平粒子厚度对涂层应力状态的影响33-34
• 2.6 未结合缺陷长度对尖端尾区应力状态的影响34-36
• 2.7 本章小结36-37
• 第3章 喷涂距离和热循环次数对涂层开裂状态的影响37-47
• 3.1 引言37
• 3.2 涂层制备与热循环试验37-38
• 3.2.1 涂层材料与制备方法37-38
• 3.2.2 热循环试验38
• 3.3 喷涂距离对陶瓷层未结合缺陷原始长度分布的影响38-40
• 3.4 陶瓷层内开裂状态与喷涂距离和热循环次数的关系40-44
• 3.4.1 喷涂距离对陶瓷层内裂纹长度分布的影响40-43
• 3.4.2 陶瓷层内裂纹总长度与热循环次数和喷涂距离的关系43-44
• 3.5 未结合缺陷位置对涂层寿命影响44-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第4章 无冷却喷涂工艺对热障涂层的裂纹系统和寿命的影响47-54
• 4.1 引言47
• 4.2 无冷却喷涂工艺介绍及试验设计47-49
• 4.2.1 无冷却喷涂工艺介绍47-48
• 4.2.2 喷涂工艺试验设计48-49
• 4.3 送粉率对涂层内裂纹系统的影响49-50
• 4.4 基体预热温度对涂层内裂纹系统影响50-51
• 4.5 不同热循环寿命下失效断面的比较51-52
• 4.6 本章小结52-54
• 第5章 多层结构涂层设计、制备及其相关性能研究54-68
• 5.1 引言54
• 5.2 多层结构热障涂层设计、制备及相关试验54-57
• 5.2.1 多层结构的设计思路54
• 5.2.2 各层所采用的工艺参数54-56
• 5.2.3 各陶瓷层的厚度确定56
• 5.2.4 CMAS原料制备及试验流程56-57
• 5.3 多层结构涂层与常规涂层的热循环寿命比较57-58
• 5.4 多层结构涂层与常规涂层的抗氧化性比较58-61
• 5.5 多层结构涂层与常规涂层的抗熔融玻璃腐蚀性能比较61-66
• 5.6 本章小结66-68
• 第6章 总结与展望68-70
• 6.1 总结68
• 6.2 本文创新点68-69
• 6.3 展望69-70
• 参考文献70-77
• 致谢77-78
• 攻读硕士学位期间的学术论文、申请的专利及荣获的奖励78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 郑蕾;郭洪波;郭磊;彭徽;宫声凯;徐惠彬;;新一代超高温热障涂层研究[J];航空材料学报;2012年06期

2 尹志坚;王树保;傅卫;谭兴海;陶顺衍;丁传贤;;热喷涂技术的演化与展望[J];无机材料学报;2011年03期

3 刘纯波;林锋;蒋显亮;;热障涂层的研究现状与发展趋势[J];中国有色金属学报;2007年01期

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本文编号：723054