激光—等离子喷涂热障涂层结构与高温性能研究

发布时间：2017-12-05 21:27

  本文关键词：激光—等离子喷涂热障涂层结构与高温性能研究

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【摘要】：随着航空发动机的推陈出新,为了确保发动机热端部件在高温高应力条件下能够安全可靠工作,需要材料具有一定的强度且同时具有良好的抗高温氧化能力,可以适当的在合金表面制备高温防护涂层。热障涂层(TBCs,Thermal barrier coatings)因在高温下具有稳定的化学性质和良好的隔热效果等优点在航空发动机的热端部件方面得到广泛应用,隔热效果达到170℃,可以有效地提高高温容限和工作效率。本文针对发动机叶片,利用激光熔覆技术在叶片材料表面制备CoCrTaAlY合金粘结层,再使用等离子喷涂技术在粘结层表面喷涂8wt%YO03-ZrO_2(YSZ)陶瓷层,并对CoCrTaAlY涂层和热障涂层的组织性能进行分析。研究激光熔覆的工艺参数对于熔覆层几何形貌的影响,分析熔覆涂层随激光功率和扫描速度的变化规律,测试热障涂层的抗高温氧化性能和抗热震性能。(1)相同功率下,扫描速度增加,熔覆层厚度和宽度降低,形状系数和润湿角增加;相同扫描速度下,激光能量密度增加,涂层熔覆厚度和宽度增加,涂层熔覆的形状系数和润湿角降低。相同扫描速度下,稀释率随着激光功率的增加而增加;相同功率下,稀释率随着扫描速度的增加先显著降低。结合CoCrTaAlY合金粉末的材料特性,当P=2.7kW、3.2kW,v=8 mm/s时可获得稀释率(11%-13%)较为合适的熔覆层。(2)利用激光熔覆制备的CoCrTaAlY涂层主要由γ/γ'-(Fe,Al)与M(Ta,Si)C相组成,激光熔覆具有快速冷凝特性,易形成稳定相。结合Matlab仿真热源模型,分析随着温度梯度和冷却速度的增加,熔覆层内胞状晶转变成树枝晶,继而生成等轴枝晶。(3)利用等离子喷涂法制备的陶瓷层中的Zr02的存在形式主要是正方相(t)、立方相(c)和少量单斜相(m);经过100h高温氧化后,只有CoCrTaAlY涂层试样氧化累积增重将近0.12 g·cm-2,而含YSZ涂层试样氧化累积增重大约0.08 g.cm-2,把氧化增重情况在数值上降低三分之一,有效地提升了材料的抗高温氧化作用;氧化后的涂层中发生t-Zr02向m-Zr02的转化,使得m-ZrO_2的含量增多。当YSZ等离子喷涂涂层样品在900℃下热震20次时,表面陶瓷层开始出现局部肉眼可见的细小裂纹,随着实验的继续进行,裂纹逐渐增大,到热震25次裂纹贯穿整个上表面,30次以后裂纹已经形成极明显的裂缝。
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG174.4

【参考文献】

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本文编号：1256270