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镍基合金基体热障涂层界面扩散和反应的研究

本文用等离子喷涂方法在镍基耐热合金基体表面制备了NiCrAlY/Y_2O_3-PSZ(Yttria-Partially-Stabilized Zirconia)热障涂层。用光学显微镜、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、能谱分析仪、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计,首次从理论和实践的结合上,对有实际应用价值的多元镍基合金与热障涂层在高温下的扩散过程和界面反应进行研究。包括热障涂层结构和成份设计、样品制备工艺及参数优化;显微组织、相结构和成份分布分析;用Thermo-Calc和DICTRA软件对相变和扩散进行模拟计算;分析涂层的高温氧化失效和热震失效机理以及界面反应与失效的关系,对提高涂层寿命的措施提出自己的见解。结果表明:用先进的等离子喷涂系统设备,采用优化了的喷涂工艺和参数成功地制备了以航空发动机为应用背景的性能稳定的NiCrAlY—ZrO_2两层热障涂层。喷涂态的热障涂层基体与底层之间部分界面存在厚度为2~3μm的熔  (本文共135页) 本文目录 | 阅读全文>>

吉林大学
吉林大学

等离子喷涂三元纳米ZrO_2-Y_2O_3/CeO_2热障涂层的组织与性能研究

本文采用在纳米ZrO2-8wt.%Y_2O_3中掺杂25%和50%的纳米CeO_2作为隔热层材料,用NiCrAlY作为粘结层材料,采用等离子喷涂方法制备了三元纳米ZrO_2-Y_2O_3/CeO_2热障涂层(CSZ)。研究了纳米粉末的团聚工艺对团聚体组织结构的影响,并对团聚体粉末在等离子弧中的熔化特点进行了较详尽的研究。采用APS方法分别制备了纳米CSZ和传统的YSZ涂层,比较了它们的组织结构特点并测试了纳米CSZ涂层的一些性能,揭示了纳米热障涂层的形成机理;比较了在同样边界条件下掺杂不同含量的纳米CeO_2的涂层与传统YSZ和纳米YSZ涂层的隔热性能,分析了其隔热机理;通过热冲击试验、高温抗氧化试验、涂层高温稳定性试验和热腐蚀试验研究了掺杂纳米CeO_2涂层的高温性能并结合组织结构分析了其对性能的影响规律。研究结果表明,利用纳米团聚体粉末可以用等离子喷涂方法制备具有纳米结构的热障涂层。由于等离子弧中存在的温度梯度和快速的冷却速...  (本文共123页) 本文目录 | 阅读全文>>

湘潭大学
湘潭大学

热—力联合作用下热障涂层界面破坏分析

热障涂层(Thermal Barrier Coatings,简称TBCs)是一种陶瓷涂层,具有优良的抗高温氧化和非常低的热传导系数,它通过粘结层沉积在耐高温金属或超合金的表面,可以有效降低被保护基材的服役温度,减轻其热冲击载荷,降低对冷却空气的需求,提高器件的热效率,从而被广泛应用于航空航天、化工、冶金和能源等领域。热障涂层与基底之间的界面结合和破坏问题一直是热障涂层研究工作中的重点研究内容。由于热障涂层系统材料参数的不匹配,陶瓷涂层通常受到压缩应力、拉伸应力和弯曲剪切应力的共同作用,最终与基底相剥离,从而失去保护基底的功能和意义。因此本文研究工作的重点是首先分析和预测了热循环下热障涂层应力场变化,为后面章节分析涂层界面破坏提供了基础;其次是在热力联合作用下对热障涂层界面破坏过程进行了实验和理论分析。本论文主要研究内容如下:第一,本文建立了在等离子体喷涂工艺制备样品后的冷却过程中热障涂层残余应力场的理论模型,得到了一个解析表达式...  (本文共141页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京航空材料研究院
北京航空材料研究院

热障涂层隔热性能研究

热障涂层(Thermal Barrier Coatings, TBCs)是由陶瓷氧化物面层和起粘结作用的底涂层组成的防热系统。它利用陶瓷材料优异的耐高温、耐冲刷、抗腐蚀和低导热性能,提高金属部件的许用工作温度,增强热端部件的抗高温能力,延长热端部件的使用寿命,提高发动机的工作效率。由于热障涂层带来的隔热效果直接影响发动机的性能和可靠性,因此准确测定TBCs的隔热效果对于发动机设计和探索降低TBCs热导率的途径都非常关键,已经成为热障涂层最重要的性能要求之一。鉴于传统的在发动机装机后实际运行时测试热障涂层隔热效果这一方法存在诸多弊病,如测试周期长、耗资巨大、方法复杂、风险大等,因此,建立一种在装机前进行发动机关键部件热障涂层隔热效果的表征与测定方法已非常必要和迫切。目前广泛使用的热障涂层材料是氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ),该材料的使用温度不能超过1200℃,并且采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)时热导率偏高,不能满足未来高...  (本文共151页) 本文目录 | 阅读全文>>

《粉末冶金技术》2019年01期
粉末冶金技术

新型热障涂层材料及其制备技术的研究与发展?

航空工业的飞速发展对飞行器的速度和安全提出了更高的要求,需要航空涡轮发动机的各项性能不断提升[1]。推重比是评价发动机性能的重要指标,高推重比要求发动机涡轮进口温度不断提高,因此对发动机热端部件的材料提出了更为严苛的要求[2–3]。镍基高温合金是当前最为常用的制造发动机叶片的材料,在1100℃时已经接近其极限工作温度,而采用热障涂层技术则能有效的提高发动机热端部件的工作温度[4]。热障涂层又称隔热涂层,是由高温合金基体、中间金属黏结层和表面陶瓷层组成,主要是通过利用陶瓷材料的低热导率和良好的抗高温氧化性能来实现对高温合金基体材料的保护[5]。因此陶瓷材料需要满足熔点高、热膨胀系数高、热导率低、抗高温氧化、抗高温腐蚀、抗烧结以及高温稳定性好等性能要求。金属黏结层能有效的改善陶瓷层与基体之间的热膨胀系数不匹配,从而提高基体的耐高温氧化性能。目前,常用的热障涂层材料是氧化钇部分稳定氧化锆(yttria-stabilized zirco...  (本文共6页) 阅读全文>>

《齐齐哈尔大学学报(自然科学版)》2018年04期
齐齐哈尔大学学报(自然科学版)

基于有限元法的热障涂层系统应力分析

热障涂层是基体的防护材料,具有良好的隔热、耐高温和抗腐蚀性,成为目前最先进的高温防护涂层之一,被广泛地应用于内燃机及航空发动机气缸内壁,从而使部件能够承受更高的工作温度,有利于提高热机效率[1,2]。自20世纪50年代以来,热障涂层发展迅速,对其性能要求越来越高。热障涂层系统结构复杂,由基体、粘结层和陶瓷层组成,当其在高温环境下工作时,粘结层和陶瓷层界面处会形成一层几微米厚的Al2O3氧化层,由于热障涂层工作过程中不可避免地会生成氧化层,因此热障涂层系统模型由基体、粘接层、氧化层、陶瓷层四部分组成。涂层结构层状堆叠,涉及多种材料,各层间的热膨胀系数等物理参数不同,加之热障涂层工作在高温、高压和强腐蚀环境下,在各层界面上会产生极大地热应力,随着氧化层厚度不断增加,还会引起涂层系统内应力的重新分布[3],导致热障涂层失效,因此,涂层应力大小及其分布是影响热障涂层寿命的关键因素。目前很多研究人员采用不同的方法研究热障涂层的失效机理,而...  (本文共4页) 阅读全文>>