电弧超声对等离子喷涂热障涂层性能的影响与优化研究

论文摘要

ZrO2热障涂层是航空工业中广为应用的重要涂层之一,等离子喷涂是制备热障涂层的主要方法。本文以等离子喷涂ZrO2热障涂层为对象,研究了电弧超声激励的引入对其性能的优化与稳定作用。通过测定分析不加电弧超声与加入不同参数的电弧超声制备的涂层的结构和性能,分析了电弧超声对涂层性能的影响规律,并初步探讨了电弧超声的激发和作用机理。根据热障涂层的特点,选择涂层厚度、拉伸结合强度、热震性能、微观形貌作为涂层性能检测的指标。围绕涂层的性能评价,将电弧超声激励系统以及喷涂系统、超声信号检测系统联系起来进行试验方案的设计,由此获取详实、综合的试验结果。本文研究了电弧超声频率、激励电流对涂层性能的影响。与不加电弧超声相比,加入电弧超声后的涂层在相同喷涂条件下,厚度明显增加;涂层的拉伸结合强度值普遍提高,最多提高了20%以上,并且数据离散程度减小;涂层的抗热震性能显著提高,最多提高了50%以上;涂层均匀致密,孔隙率降低,裂纹减少。研究表明,在50kHz与80kHz电弧超声频率、10A左右激励电流下,涂层性能改善作用最为明显。综合分析涂层性能测试结果发现,由电弧激发的超声提高了等离子喷涂过程中粉末的加热效率,并且作用于涂层的沉积过程,改变了涂层中的残余应力,从而提高了涂层的性能。运用超声信号检测系统对电弧超声等离子喷涂过程中的超声声压进行检测,结果说明电弧超声对等离子喷涂过程中的能量传递有改善作用。本文的研究结果对电弧超声激励在等离子喷涂热障涂层中的深入、广泛应用具有重要价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 热障涂层介绍
• 1.2.1 热障材料
• 1.2.2 粘结层材料
• 1.2.3 结构体系
• 1.3 热障涂层的制备方法
• 1.3.1 等离子体及等离子弧
• 1.3.2 等离子喷涂原理
• 1.3.3 热障涂层制备存在的问题
• 1.4 电弧超声的引入
• 1.4.1 电弧超声在焊接中的应用
• 1.4.2 电弧超声在电弧喷涂中的应用
• 1.4.3 等离子喷涂过程引入电弧超声
• 1.5 本文主要研究工作
• 第2章 试验系统及试验设计
• 2.1 试验系统及材料、设备选择
• 2.1.1 喷涂系统及喷涂材料
• 2.1.2 电弧超声激励系统
• 2.1.3 信号检测系统
• 2.2 热障涂层性能指标及评价标准
• 2.2.1 涂层厚度
• 2.2.2 拉伸结合强度
• 2.2.3 热震性能
• 2.2.4 显微观察
• 2.2.5 评价标准
• 2.3 试验设计
• 2.3.1 涂层制备及性能检测
• 2.3.2 超声信号检测
• 2.4 小结
• 第3章 电弧超声频率对涂层性能的影响
• 3.1 涂层拉伸结合强度
• 3.2 拉断试样断口形貌观察分析
• 3.3 涂层截面观察
• 3.4 涂层厚度及喷涂沉积效率
• 3.5 小结
• 第4章 电弧超声电流对涂层性能的影响
• 4.1 涂层拉伸结合强度
• 4.2 涂层表面、截面观察
• 4.3 涂层热震性能
• 4.4 涂层厚度及喷涂沉积效率
• 4.5 小结
• 第5章 电弧超声激发及作用机理探讨
• 5.1 电弧超声的激发
• 5.1.1 电弧超声波形检测
• 5.1.2 电弧超声激发机理
• 5.2 电弧超声声压检测
• 5.3 电弧超声对粉末颗粒熔化的影响
• 5.4 电弧超声对涂层残余应力的影响
• 5.5 小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果