热障涂层金属底层晶粒细化及其对涂层性能的影响

论文摘要

热障涂层(TBC:thermal barrier coating)是采用导热系数相对很低的材料,用适当的技术制备于高温工作部件表面,起隔热作用,可降低金属表面温度,提高燃气工作温度,进而提高燃气效率,并延长其使用寿命。但目前采用的传统陶瓷热障涂层的性能还不能满足热端部件不断提高的性能要求。本文通过进行高温氧化试验和热震试验,利用扫描电镜,X射线衍射等手法分析得出TGO(热生长氧化物)的生长特性,在试验的基础上探讨热障涂层的氧化机理以及涂层的失效形式。进而提出一种新的涂层表面预处理方法——超音速颗粒轰击技术,并研究了轰击参数(轰击压力、轰击时间等)对轰击效果的影响。对比了金属底层(即过渡层)经超音速颗粒轰击处理和未经轰击处理的两种热障涂层在1100℃的静态氧化行为以及涂层表面粗糙度变化等。结果表明,热障涂层体系中TGO是涂层寿命的关键,其中Al元素的分布直接影响保护性氧化膜的生长,进而影响热障涂层的性能。通过超音速颗粒轰击技术处理后,涂层可生成成分单一,均匀连续的氧化膜,从而提高涂层的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 热喷涂技术研究现状
• 1.2.1 表面工程概述
• 1.2.2 热喷涂发展简史
• 1.2.3 热喷涂原理及特点
• 1.2.4 热喷涂工艺
• 1.3 热障涂层材料及制备技术
• 1.3.1 热障涂层的基本概念
• 1.3.2 热障涂层体系
• 1.3.3 热障涂层发展与现状
• 1.3.4 热障涂层材料
• 1.3.5 热障涂层制备技术
• 1.4 热障涂层在民航领域的应用
• 1.5 本文选题意义和主要研究的内容
• 1.5.1 选题意义
• 1.5.2 主要研究内容
• 第二章 试验材料、方法及设备
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 基体材料
• 2.1.2 喷涂材料
• 2.2 试验方法及设备
• 2.2.1 热障涂层制备
• 2.2.2 涂层恒温氧化试验方法
• 2.2.3 热震试验
• 2.2.4 金相试样制备
• 2.3 涂层检测
• 2.3.1 涂层组织结构分析
• 2.3.2 涂层表面粗糙度的检测
• 第三章 热障涂层失效分析
• 3.1 恒温氧化结果分析
• 3.2 热震试验结果分析
• 3.3 TGO 的生长与热障涂层的失效
• 第四章 超音速颗粒轰击处理金属底层
• 4.1 超音速颗粒轰击技术
• 4.1.1 超音速颗粒轰击技术原理
• 4.1.2 超音速颗粒轰击装置
• 4.2 试验方案
• 4.3 试验结果分析
• 4.3.1 轰击处理后晶粒细化
• 4.3.2 轰击压力的影响
• 4.3.3 轰击时间的影响
• 4.3.4 轰击距离的影响
• 4.3.5 轰击处理对结合强度的影响
• 第五章 轰击处理对热障涂层性能的影响
• 5.1 金属的高温氧化
• 5.2 高温氧化结果对比分析
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介