收藏本站

钛合金表面热障涂层的制备与研究

【摘要】: α+β型高温钛合金以其优秀的比强度和600°C以下的良好高温表现,成为航空航天领域最广泛应用的材料之一。但两类问题的存在阻碍了其高温下力学性能的发挥:1、高温、腐蚀性的外部环境会导致钛合金表面氧化、近表面脆化;2、高温下钛合金组织稳定性下降,长时间热暴露后析出脆性有序相,降低钛合金室温塑性和断裂韧性。在钛合金表面沉积兼具抗氧化、隔热性能的热障涂层(Thermal Barrier Coating, TBC)可以同时解决上述两类问题,拓宽传统钛合金的服役温度和范围,提升效率、节约能源。 本论文首先研究了钛合金表面以NiCoCrAlY为粘结层(Bond Coating, BC),8wt.%Y2O3部分稳定的ZrO2(8YSZ)为陶瓷隔热层的传统双层热障涂层的高温行为及失效机理。在这基础上,本论文提出了一种适合钛合金的新型的抗氧化粘结层材料TiAlAg合金及其高效的热喷涂制备方法。最后,本研究在TiAlAg表面使用电子束物理气相沉积(Electron Beam-Physical Vapour Deposition, EB-PVD)沉积了8YSZ陶瓷层,构成了以TiAlAg为粘结层、8YSZ为隔热层的适合钛合金基体的新型热障涂层,并观察和研究了其高温行为和失效机理。论文中使用了改进的ASTM定向拉拔、热循环和等温静置等实验方法以及光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)、显微压痕等分析手段,配合有限元模拟技术,系统的研究了传统和新型热障涂层的高温行为规律和失效机理。本研究主要内容和结论如下: 一、分别用EB-PVD和超音速火焰喷涂(High Velocity Oxyfuel Spraying, HVOF)在钛合金表面沉积NiCoCrAlY并统一以EB-PVD在表面沉积8YSZ陶瓷层,制备了传统热障涂层并研究了其高温行为: 1.钛合金表面EB-PVD沉积的NiCoCrAlY致密均匀,与基体结合紧密,“阴影效应”导致其表面EB-PVD陶瓷层组织细密,硬度高,力学性能好,因而系统热循环性能较好,800°C实验35min×220后表面基本观察不到宏观裂纹,但等温静置性能由于过早形成有害的扩散层而表现较差,800°C寿命少于24h;而HVOF沉积的NiCoCrAlY疏密不均,与基体结合界面充满微观缺陷,其上层EB-PVD陶瓷层晶粒粗大,柱状晶间结合疏松,显微硬度较低,力学性能差,因而系统热循环性能较差而等温静置性能由于缺陷对于有害扩散的阻碍而表现较好,800°C寿命大于36h。 2. Ni基粘结层与Ti基基体间化学性能不匹配是钛合金表面传统热障涂层高温下快速失效的本质原因:高温下粘结层内Ni、Co等元素向基体内部急剧扩散,短时期内生成150~300μm厚的扩散层。扩散层主要物质为Ti2Ni(2Ti+Ni Ti2Ni),该相室温硬度较高(700~850HV)而高温力学性能较差。由于NiCoCrAlY与基体间线膨胀系数(Coefficient of Thermal Expansion, CTE)相差悬殊,室温时系统最大径向拉应力高达~750MPa,轴向拉应力达~154MPa,高温时径向与轴向拉应力高达20~40MPa。在热应力作用下,系统粘结层产生纵向裂纹,扩散层产生横向裂纹,导致基体直接暴露于外界环境而失效。 二、通过低压等离子喷涂(Low Pressure Plasma Spray, LPPS)和惰性气体保护预处理技术在钛合金表面原位制备Ti-Al-Ag三元合金粘结层,并研究其抗氧化性能: 1.将市售γ-TiAl(粒径~75μm)和Ag粉(~50μm)混合,湿法球磨获得γ-TiAl粒径为0.1~10μm,Ag粒径~10μm的混合粉体。通过低压等离子喷涂将喷雾干燥法获得的热喷涂用混合粉体沉积于基体,试样于真空热处理炉由惰性气体Ar保护,820°C热处理5h后获得单质Ag溶于γ-TiAl基体内形成的Ti-Al-Ag三元涂层,其内检测到明显Z相(Al3Ti5O2)。 2. 750~800°C氧化长达100h,三元涂层外表面形成以α-Al2O3为基的氧化膜,表面局部突起TiO2颗粒,随着Ag的增加TiO2颗粒逐渐从穿越富Al氧化膜转变为粘附于富Al氧化膜表面,表面氧化膜内Al2O3含量约为TiO2的3倍。含4at.%Ag的涂层具有最好的抗氧化性能:700°C时100h氧化增重约为0.8mg/cm2,800°C时其100h氧化增重约为1.0mg/cm2。Ag带来的抗氧化作用可能是由于其降低了表面氧化膜中的θ-Al2O3向α-Al2O3相变所需要的能量,提高了相变速度所致。Ag的加入还增强了涂层抗剥落能力、降低了涂层表面粗糙度、减小了氧化膜厚度,减少了涂层内的内氧化率。 三、在TiAlAg涂层表面使用EB-PVD技术沉积了8YSZ陶瓷,构成了适合钛合金基体的新型热障涂层,并研究了其高温行为: 1. 800~850oC高温下等温静置100h后,TGO始终保持富Al特性;定向拉拔实验断裂面随着TGO与面层的结合程度的增加从面层/粘结层界面附近,转向深入粘结层内部,最后由于TGO的生长减缓,断裂面又恢复至面层/粘结层界面附近;热循环导致在陶瓷层表面萌生垂直于热障涂层界面的纵向裂纹,但由于新型粘结层与基体的较好匹配性,裂纹扩展至粘结层即不再前进,使得粘结层与基体的界面成为系统中最为稳定的部位。 2.新型热障涂层的高温失效源于TGO的热喷涂本征缺陷,高温长期服役中的热应力又进一步降低了其致密度,由于外界气氛的长期渗透,在粘结层次表面富Ti区或更深部位生成低强度的Ti/Al混合氧化膜,一旦受到面外拉应力后即在粘结层近面层/粘结层界面处产生横向层状分离,导致了粘结层的失效。

下载App查看全文

(如何获取全文? 欢迎:、、)

支持CAJ、PDF文件格式


【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 谢旭霞;张乐;张鑫;李新虎;彭露;任先京;;钛合金表面热喷涂NiCrAl涂层和热障涂层的氧化性能[J];热喷涂技术;2009年02期
2 武颖娜,柯培玲,孙超,华伟刚,王福会,闻立时;爆炸喷涂制备NiCrAlY/NiAl/ZrO_2-Y_2O_3体系热障涂层[J];金属学报;2004年05期
3 郭洪波,徐惠彬,宫声凯,刘福顺;表面强化对EB-PVD热障涂层的高温氧化性能及结合强度的影响[J];稀有金属材料与工程;2001年04期
4 邹金龙,周益春,刘兴军;热障涂层热循环过程中的界面扩散系数[J];湘潭大学自然科学学报;2004年02期
5 陈孟成,陈兴垚,高阳,李建平,李伟光;热障涂层热冲击试验研究[J];材料工程;2001年11期
6 岳珠峰,吕震宙,彭知平,陶仙德;热障涂层的失效机理和力学模型[J];燃气涡轮试验与研究;1998年04期
7 徐前岗,陆峰,吴学仁,唐建新;NiCoCrAlYHf/EB-PVD热障涂层的热循环氧化行为[J];中国有色金属学报;2004年09期
8 李美姮,孙晓峰,张重远,宫声凯,胡望宇,管恒荣,胡壮麒;EB-PVD热障涂层热循环过程中粘结层的氧化和相结构[J];金属学报;2002年01期
9 郭洪波,宫声凯,徐惠彬;梯度热障涂层的设计[J];航空学报;2002年05期
10 武颖娜,华伟刚,纪爱玲,王福会,孙超,闻立时;爆炸喷涂技术制备热障涂层的研究[J];金属学报;2002年10期
11 王峰会;张勇;王泓;;热障涂层氧化残余应力大小与演化过程测试[J];实验力学;2006年05期
12 马兆允;薛小强;;等离子喷涂陶瓷涂层寿命的影响因素分析[J];中小企业管理与科技(上旬刊);2010年11期
13 任鑫;;等离子喷涂YSZ热障涂层的热腐蚀行为研究[J];表面技术;2009年06期
14 吕成林;辛丽;朱圣龙;孙嘉忆;;热障涂层在900℃混盐中的抗热腐蚀性能[J];舰船科学技术;2010年08期
15 陈炳贻;航空发动机用热障涂层的发展[J];材料保护;1997年02期
16 高阳,解仑,佟百运,梁勇,师昌绪;激光熔敷氧化锆热障涂层微观结构研究[J];航空材料学报;2003年03期
17 李美姮;胡望宇;孙晓峰;管恒荣;胡壮麒;;EB-PVD热障涂层的表观压痕尺寸效应[J];稀有金属材料与工程;2006年02期
18 王勇军;王峰会;张勇;;圆柱基体热障涂层制备工艺中的残余应力分析[J];应用力学学报;2007年02期
19 任鑫;;等离子喷涂热障涂层的高温氧化行为研究[J];热加工工艺;2009年16期
20 王艳丽;;厚质热障涂层工艺研制[J];中国新技术新产品;2010年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 毛卫国;吴多锦;周益春;;拉伸载荷作用下热障涂层界面破坏实时测试研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
2 周益春;桥田俊之;段祝平;;热障涂层的热-力耦合破坏机制[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
3 董丽;张朋波;曲伟;秦颖;梅显秀;董闯;;ZrO_2热障涂层残余应力的有限元模拟[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
4 丁永军;张辉;谢铮;奚源;陈文科;高艳雯;王秋童;;热障涂层自动化热喷涂系统的研发[A];中国计量协会冶金分会2011年会论文集[C];2011年
5 赵乃义;郭洪波;;复杂形面热障涂层界面结合研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
6 韩光臣;迟恩田;;电火花铣削钛合金加工工艺研究[A];特种加工技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
7 张跃飞;;阵列针状空心阴极放电钛合金表面合金化研究[A];第十三届全国等离子体科学技术会议论文集[C];2007年
8 江应栋;黄青松;;高温真空钛合金成形炉应用[A];探索 创新 交流(第4集)——第四届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2010年
9 杨荣福;韩荣第;;车削TC-4钛合金时高速钢刀具磨损的试验研究[A];摩擦学第三届全国学术交流会论文集摩擦磨损部分(Ⅰ)[C];1982年
10 李佐臣;;海洋开发、舰船用新型结构钛合金研制[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 何博;钛合金表面热障涂层的制备与研究[D];上海交通大学;2008年
2 王璟;锆酸镧热障涂层研究[D];国防科学技术大学;2009年
3 周洪;钛合金表面纳米热障涂层的制备与组织性能及其表面激光重熔的研究[D];上海交通大学;2008年
4 陈亚军;热障涂层热生长氧化物形成及生长过程的干预与控制研究[D];天津大学;2010年
5 宋建荣;7YSZ/Al_2O_3/Ni-343多层热障涂层的同步合成及其性能研究[D];武汉理工大学;2010年
6 宫文彪;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[D];吉林大学;2007年
7 宋鹏;铂铝合金粘结涂层的高温氧化行为研究[D];昆明理工大学;2010年
8 刘臣;强流脉冲离子束辐照的冲击加工与强化作用研究[D];大连理工大学;2009年
9 王文权;等离子喷涂纳米陶瓷热障涂层组织与性能研究[D];吉林大学;2005年
10 毛卫国;热—力联合作用下热障涂层界面破坏分析[D];湘潭大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 曾水冰;钛合金表面热障涂层的制备及其性能研究[D];长沙理工大学;2012年
2 吴多锦;热障涂层界面破坏实时测试分析及实验模拟系统的研制[D];湘潭大学;2011年
3 蒋俊平;曲面结构的热障涂层系统残余应力有限元模拟分析[D];湘潭大学;2011年
4 苏鹏;圆柱体结构热障涂层三维应力场预测及界面屈曲破坏分析[D];湘潭大学;2011年
5 范习之;镁合金表面热障涂层的制备及其性能研究[D];长沙理工大学;2011年
6 柳士强;预氧化处理对热障涂层使用寿命的影响[D];河北工业大学;2011年
7 陈强;热循环条件下热障涂层断裂韧性和残余应力的测试分析[D];湘潭大学;2010年
8 徐心洁;Al_2O_3-13%TiO_2热障涂层的制备及性能研究[D];西华大学;2010年
9 曲伟;强流脉冲电子束对热障涂层表面封装的数值模拟[D];大连理工大学;2011年
10 董丽;ZrO_2热障涂层残余应力有限元模拟[D];大连理工大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 马宽新;[N];中国航空报;2009年
2 天际;[N];中国有色金属报;2005年
3 潘廷祥;[N];中国有色金属报;2007年
4 记者 谢玉先 周军;[N];中国冶金报;2006年
5 赵永庆 杨冠军;[N];中国有色金属报;2007年
6 记者 沈谦 通讯员 马宽新;[N];陕西日报;2009年
7 张献怀;[N];中国医药报;2008年
8 吴光鹏 刘运伟;[N];中国航空报;2005年
9 ;[N];中国有色金属报;2006年
10 廖志林;[N];健康报;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978


{bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck体育下载}| {bckbet}| {bcksports}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bck官网}| {bck体育下载}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育app}| {bck体育}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bcksports}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bckbet}|
{uc8}| {uc8体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐城}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8老虎机}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8老虎机}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc体育}| {UC体育}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}|