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热障涂层高温氧化相变及失效分析

作　者: 韩玉君
导　师: 董允
学　校: 河北工业大学
专　业: 材料学
关键词: 航空涡轮发动机粘结层残余应力拉曼荧光光谱 SFPB技术尖晶石扩散通道
分类号: TG174.453
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

热障涂层技术广泛用于航空涡轮发动机等尖端领域,它的研究涉及新型热障涂层材料的开发,粘结层成分和表面结构的优化,TGO或TGO/BC界面处高温氧化后残余应力水平的检测,新型涂层制备工艺的开发等诸多方面。本文用HVOF（CoNiCrAlY）+ SFPB+APS（8YSZ）制备热障涂层,分别高温氧化1000℃×2h、1000℃×26h、1000℃×310h,形成了以α-Al₂O₃为主相的TGO抗高温氧化层。用XRD、SEM、EDS和拉曼荧光光谱对涂层进行分析表明: HVOF（CoNiCrAlY）+ SFPB技术工艺后,粘结层主要由γ′-Ni3Al相、γ-Ni相和γ-Co相组成。高温氧化1000℃×2h,TGO中存在NiO、Co3O4、尖晶石（spinel）、γ-Al₂O₃和α-Al₂O₃;首先生成的是γ-Al₂O₃;NiO和Co3O4晶粒在Al₂O₃晶间生长;反应形成了少量的尖晶石。高温氧化1000℃×26h,亚稳γ-Al₂O₃相向稳定α-Al₂O₃相转化,SFPB预处理使粘结层表层区域产生扩散“通道”,高温氧化的瞬态阶段,大量比Al3+半径大的其它离子通过此扩散“通道”,抑制了γ→θ→α的相变。高温氧化后随炉缓慢冷却,TGO中的微观热生长残余应力先增加后降低,高温氧化1000℃×310h,微观热生长残余应力比26h高温氧化后的低0.476GPa。演绎出了TGO中应力关于层厚的函数关系,由热失配引起的TGO中的残余应力绝对值是4.637～4.640GPa。热震后的涂层TGO/TBC界面上受到的总残余应力为-3.44GPa。涂层的剥离失效是由宏观热失配残余应力造成的。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-28
  §1-1热障涂层技术概述  9-16
    1-1-1 航空发动机与热障涂层技术  9-10
    1-1-2 热障涂层技术简介  10-11
    1-1-3 热障涂层的制备技术背景  11-14
    1-1-4 热障涂层基本模型  14-15
    1-1-5 超音速微粒轰击技术简介  15-16
  §1-2 热障涂层高温服役机制及残余应力检测  16-21
    1-2-1 热障涂层系统高温服役机制  16-18
    1-2-2 TGO的形成过程及机理  18-19
    1-2-3 热障涂层的残余应力及其测量  19-21
  §1-3 热障涂层材料的最新进展  21-26
    1-3-1 引言  21-22
    1-3-2 经典7-8 YSZ 型热障涂层  22-23
    1-3-3 8YSZ 的摻杂改性  23-24
    1-3-4 烧绿石结构的热障涂层  24-26
  §1-4 开题依据  26-27
  §1-5 研究意义  27-28
第二章热障涂层的制备及检测设备  28-33
  §2-1 热障涂层的制备工艺  28-30
  §2-2 课题的研究技术  30-31
  §2-3 样品的制备、分析和检测设备  31-33
    2-3-1 样品的制备  31
    2-3-2 样品的检测和表征  31-33
第三章热障涂层高温氧化物相转变研究  33-54
  §3-1 粘结层表面热生长氧化物的物相分析  33-44
  §3-2 热障涂层系统的物相及失效分析  44-52
  本章小结  52-54
第四章热障涂层力学分析  54-65
  §4-1 热障涂层的热失配宏观应力理论计算模型  54-58
  §4-2 拉曼光谱测量热障涂层的热生长残余应力  58-64
  本章小结  64-65
第五章结论  65-67
参考文献  67-76
致谢  76-77
攻读硕士学位期间取得的科研成果  77

热障涂层高温氧化相变及失效分析

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