电泳沉积热障复合涂层组织与性能的研究

发布时间：2017-10-05 08:47

  本文关键词：电泳沉积热障复合涂层组织与性能的研究

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【摘要】：本文采用电泳沉积技术在Inconel600高温合金基体表面制备氧化钇稳定氧化锆(YSZ)的热障复合涂层,主要研究了不同浓度稀土氧化钆和金属粉末Ni,Al元素的掺杂对复合涂层的抗高温氧化性能和结合强度的影响。另外还研究了对基体表面进行塑性变形后,YSZ/(Ni,Al)复合涂层中各元素的扩散规律以及对复合涂层的性能影响。研究结果表明,掺杂2-4 mol%氧化钆后,Gd2O3-Y2O3-Zr O2复合涂层在真空(10-3Pa)烧结2 h后的主要物相为(c,m)-Zr O2和Gd2Zr2O7,在1100℃大气中循环氧化100h后涂层中的主要物相为(c,t,m)-Zr O2,而Gd2Zr2O7相消失并且m相随Gd2O3浓度的增加而增加。与未掺杂Gd2O3的YSZ涂层相比,在YSZ涂层中添加Gd可以显著地抑制晶粒的生长,有效提高了复合涂层抗高温氧化性能。在YSZ涂层中添加Ni,Al合金粉末后通过电泳沉积的方法在1100℃下真空烧结2 h形成YSZ/(Ni,Al)复合涂层,复合涂层主要由(c,t)-Zr O2和Al Ni3相组成,复合涂层在高温氧化过程中有Al2O3和Ni Al2O4相生成,其中Al2O3相的形成有助于提高高温合金的抗氧化性能,Ni Al2O4相的生成使涂层在氧化过程中表现出自愈合性能。另外,研究发现Cr元素从基体外扩散在涂层/基体界面处富集,有效的提高涂层的结合强度。与YSZ涂层的结合强度相比,YSZ/(Ni,Al)复合涂层的结合强度从3.5 N提高到4.4 N。与未塑性变形的基体相比,对基体塑性变形后,YSZ/(Ni,Al)复合涂层真空烧结后Al Ni3物相的质量分数由5.42%降低到2.39%,涂层表面更致密、无明显的裂纹。研究结果表明,Cr在涂层/基体界面处富集的数量增加,Ni元素富集于Cr界面处。与未塑性变形的基体相比,基体塑性变形后的复合涂层的抗高温氧化性能与结合强度显著提高。
【关键词】：电泳沉积 热障复合涂层 塑性变形 高温氧化 结合强度
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 选题的来源背景和意义11-12
• 1.2 热障涂层结构体系12-13
• 1.3 热障涂层材料13-14
• 1.4 热障涂层的主要制备方法14-16
• 1.4.1 等离子喷涂（Plasma Spray，PS）14-15
• 1.4.2 电子束物理气相沉积（EB-PVD）15-16
• 1.5 电泳沉积技术（Electrophoretic Deposition）16-21
• 1.5.1 电泳沉积特点16-17
• 1.5.2 电泳沉积的原理17-18
• 1.5.3 悬浮液中颗粒的荷电机理18
• 1.5.4 悬浮介质稳定机理18-19
• 1.5.5 电泳沉积的影响因素19-21
• 1.6 热障涂层的失效分析21-22
• 1.6.1 热膨胀失配21
• 1.6.2 陶瓷层相变引起涂层体积变化21
• 1.6.3 涂层/基体界面TGO的增长21-22
• 1.6.4 热腐蚀引起的涂层退化。22
• 1.7 本课题研究的主要内容22-24
• 第二章 实验材料与方法24-32
• 2.1 实验材料24-25
• 2.2 实验设备25
• 2.3 实验设计及方法25-26
• 2.4 试样制备26-30
• 2.5 组织结构分析及性能测试30-32
• 2.5.1 涂层微观组织结构和成分分析30
• 2.5.2 涂层的性能测试30-32
• 第三章 稀土Gd2O3掺杂Zr O2热障涂层组织与性能的研究32-43
• 引言32-33
• 3.1 电泳沉积Gd2O3-Y2O3-Zr O2复合涂层中结构演化33-35
• 3.2 电泳沉积Gd2O3-Y2O3-Zr O2复合涂层中显微组织及分析35-39
• 3.3 Gd2O3-Y2O3-Zr O2复合涂层的抗高温氧化性39-40
• 3.4 Gd2O3-Y2O3-Zr O2复合涂层的结合强度40-41
• 3.5 本章小结41-43
• 第四章 Ni，，Al掺杂YSZ热障复合涂层组织与性能的研究43-52
• 引言43
• 4.1 电泳沉积YSZ/(Ni,Al)复合涂层物相及组织分析43-48
• 4.2 YSZ/(Ni,Al)复合涂层的抗高温氧化性能48-50
• 4.3 YSZ/(Ni,Al)复合涂层的结合强度50-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第五章 基体塑性变形对YSZ/(Ni,Al)涂层组织与性能的影响52-63
• 5.1 塑性变形后YSZ/(Ni,Al)复合涂层中的物相及组织分析52-58
• 5.2 塑性变形后YSZ/(Ni,Al)复合涂层的性能58-60
• 5.2.1 塑性变形后YSZ/(Ni,Al)复合涂层结合强度58-59
• 5.2.2 塑性变形后YSZ/(Ni,Al)复合涂层的抗高温氧化性能59-60
• 5.3 结果讨论60-62
• 5.4 本章小结62-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 6.1 总结63-64
• 6.2 展望64-65
• 参考文献65-72
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果72-73
• 致谢73-74

【参考文献】

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本文编号：975875