网状衬垫的激光直接沉积制备及其对热障涂层性能的影响

发布时间：2017-09-14 14:01

  本文关键词：网状衬垫的激光直接沉积制备及其对热障涂层性能的影响

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【摘要】：热障涂层作为一种新型高温防护措施,以其优异的耐高温、耐腐蚀、耐磨损等性能已经广泛应用于航空、航天、石油化工、机械等行业。但是等离子喷涂技术制备的热障涂层结合强度较低,在高温环境中易发生剥落,这制约了热障涂层的应用,因此提高涂层体系的结合强度和抗热震性能成为热障涂层领域的研究热点。为提高热障涂层寿命,提出利用激光直接沉积技术在涂层与基体间制备一层网状结构衬垫层,利用衬垫层来增加涂层结合强度。本文首先采用激光直接沉积方法在基体表面制备网状衬垫,然后利用等离子喷涂方法制备热障涂层,进而针对热障涂层的性能进行研究。利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分别对网状衬垫的成型精度、热障涂层组织组成、等离子喷涂热障涂层的结构及裂纹的萌生与扩展进行研究。通过显微硬度和拉伸试验测量涂层与基体结合强度。得出如下几点结论：(1)激光直接沉积技术制备的网状结构衬垫,宽度为lmm,网格形状可以为三角形、四边形、六边形等任意形状。制备技术可以满足实际应用的尺寸和精度的要求。网状结构衬垫与基体的结合强度为419MPa,为冶金结合且高于热喷涂制备的衬垫层。(2)对比结合强度,传统结构的热障涂层平均结合强度为8.18MPa,具有网状衬垫结构的热障涂层平均结合强度为10.7MPa。网状衬垫使得热障涂层的结合强度提高了30.8%。(3)对比热循环失效次数,传统结构的热障涂层平均热循环次数为5次,具有网状衬垫结构的热障涂层平均热循环次数为8次。网状衬垫的加入使得热障涂层的抗热震性能提高了60%。基体材料表面制备具有网状结构衬垫降低涂层内应力、提高涂层结合强度和抗热震性能的有效方法。(4)激光直接沉积方法制备的四边形网状衬垫结构对提高热障涂层的性能作用最明显。
【关键词】：激光直接沉积 网状衬垫 热障涂层 结合强度 抗热震性能
【学位授予单位】：南京理工大学
【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
• 1 绪论11-22
• 1.1 热障涂层发展概述11-12
• 1.2 热障涂层体系12-18
• 1.2.1 热障涂层结构12-13
• 1.2.2 热障涂层材料13-14
• 1.2.3 热障涂层制备技术14-18
• 1.3 热障涂层研究热点18-19
• 1.4 网状结构简介19-21
• 1.4.1 网状结构的发展概况19-20
• 1.4.2 网状结构衬垫的制备方法20-21
• 1.5 本文的研究内容21-22
• 2 实验方法22-29
• 2.1 实验材料22-23
• 2.1.1 合金基体材料22
• 2.1.2 陶瓷层材料22
• 2.1.3 粘结层材料22-23
• 2.2 实验方法23
• 2.2.1 激光直接沉积网状衬垫23
• 2.2.2 等离子喷涂热障涂层23
• 2.3 实验流程23-24
• 2.4 分析测试方法24-27
• 2.4.1 金相显微组织观察25
• 2.4.2 衬垫与基体的结合强度测试25
• 2.4.3 涂层显微硬度分析25-26
• 2.4.4 扫描电镜(SEM)分析26
• 2.4.5 涂层的质量检测26
• 2.4.6 涂层的相结构分析26-27
• 2.4.7 涂层结合强度的测定27
• 2.4.8 抗热震性能测试27
• 2.5 本章小结27-29
• 3 激光直接沉积网状结构衬垫29-45
• 3.1 实验设计29-30
• 3.2 工艺参数对沉积层形貌的影响30-37
• 3.2.1 激光功率对沉积层形貌的影响30-32
• 3.2.2 扫描速度对沉积层形貌的影响32-34
• 3.2.3 送粉速率对沉积层形貌的影响34-37
• 3.3 最优激光参数的选取37-39
• 3.3.1 工艺参数对稀释率的影响37-38
• 3.3.2 工艺参数对高宽比的影响38-39
• 3.3.3 工艺参数的确定39
• 3.4 微观组织分析39-41
• 3.4.1 微观组织结构39-40
• 3.4.2 显微硬度分析40-41
• 3.5 衬垫与基体结合强度测试41-42
• 3.5.1 衬垫与基体结合强度的测量与计算41
• 3.5.2 拉伸断口形貌分析41-42
• 3.6 不同尺寸和形状的网状结构的制备42-44
• 3.6.1 网状结构尺寸和形状的设计42-43
• 3.6.2 网状结构的制备43-44
• 3.7 本章小结44-45
• 4 传统结构热障涂层的制备及性能检测45-55
• 4.1 制备传统结构的热障涂层45-46
• 4.1.1 涂层结构45
• 4.1.2 喷涂参数45-46
• 4.2 形貌与组织结构分析46-50
• 4.2.1 涂层质量检测46
• 4.2.2 涂层厚度测量46-47
• 4.2.3 微观形貌分析47-48
• 4.2.4 物相分析48-50
• 4.3 力学性能检测50-51
• 4.3.1 涂层硬度测定50
• 4.3.2 涂层结合强度测定50-51
• 4.4 抗热震性能测定51-54
• 4.5 本章小结54-55
• 5 具有网状结构衬垫的热障涂层制备及性能检测55-68
• 5.1 制备具有网状结构衬垫的热障涂层55-56
• 5.1.1 衬垫结构55-56
• 5.1.2 喷涂参数56
• 5.2 形貌与组织结构分析56-59
• 5.2.1 涂层质量检测56-57
• 5.2.2 涂层厚度测量57
• 5.2.3 微观形貌分析57-58
• 5.2.4 物相分析58-59
• 5.3 力学性能检测59-61
• 5.3.1 涂层硬度测定59-60
• 5.3.2 涂层结合强度测定60-61
• 5.4 抗热震性能测定61-65
• 5.5 传统结构与具有网状结构衬垫热障涂层性能对比65-67
• 5.6 本章小结67-68
• 6 结论与展望68-70
• 6.1 结论68
• 6.2 展望68-70
• 致谢70-72
• 参考文献72-78
• 附录78

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本文编号：850433