DD5合金表面8YSZ_PtAl热障涂层制备工艺及性能

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1、硕士学位论文（工程硕士）DD5合金表面8YSZ/PtAl热障涂层制备工艺及性能FABRICATIONPROCESSESANDPROPERTIESOF8YSZ/PtAlTHERMALBARRIERCOATINGSONDD5ALLOYSURFACE邹卓哈尔滨工业大学2017年12月国内图书分类号：TG174.453学校代码：10213国际图书分类号：666密级：公开工程硕士学位论文DD5合金表面8YSZ/PtAl热障涂层制备工艺及性能硕士研究生：邹卓导师：马欣新教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：中国航发黎明答辩日期

2、：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG174.453U.D.C:666ThesisfortheMasterDegreeinEngineeringFABRICATIONPROCESSESANDPROPERTIESOF8YSZ/PtAlTHERMALBARRIERCOATINGSONDD5ALLOYSURFACECandidate：ZouZhuoSupervisor：Prof.MaXinxinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSp

3、eciality：MaterialsEngineeringAffiliation：AECCShenyangLimingAero-EngineCorporationLtd.DateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要热障涂层作为一种兼具隔热及防护功能的涂层技术，有助于发动机叶片、燃烧室等部件抵抗服役过程中的高温、腐蚀环境，能够帮助其提高使用寿命。本文针对某叶片在服役过程中的使用需求，在DD5单晶

4、合金上采用镀铂渗铝并辅以扩散热处理的方法制备PtAl粘接层及EB-PVD的方法制备YSZ陶瓷面层，对EB-PVD制备YSZ陶瓷面层的工艺参数进行了优化并系统研究了热障涂层体系的组织结构及结合强度、抗氧化、抗热腐蚀、循环氧化等性能，并将涂层在叶片上成功应用。采用镀铂+渗铝并辅以真空扩散处理制备PtAl粘接层，粘接层与基体之间形成了一层扩散层；验证了湿吹砂预处理能有效去除PtAl粘接层表面的污染物，改善粘接层和陶瓷面层之间的界面状态，增强涂层界面的结合性能；YSZ陶瓷面层的组织为经典的柱状晶结构，其相结构为四方相氧化锆，有薄而

5、均匀的Al2O3层在PtAl金属粘接层与YSZ陶瓷面层界面处生成。研究了EB-PVD制备YSZ涂层中部分工艺参数对涂层组织和性能的影响并进行了优化，确定了YSZ涂层的最佳沉积温度为950℃，通氧量为200ml/min。在最佳工艺参数下制备的8YSZ/PtAl热障涂层具有良好的结合性能，涂层的拉伸结合强度超过69MPa。对涂层的高温氧化和高温抗腐蚀性能进行了分析，结果表明：PtAl涂层试样在1100℃下氧化200h，平均氧化增重速率为0.0205g/(m2·h)，表面无明显氧化现象。PtAl涂层试样在900℃试验温度下经过1

6、00h热腐蚀试验后，表面没有明显的腐蚀痕迹，100h平均热腐蚀增重速率为0.093g/(m2·h)；8YSZ/PtAl涂层经过300h循环氧化后涂层仍然结合良好,未发生失效；在高温氧化试验过程中，面层陶瓷涂层的四方相结构并没有发生改变。对带8YSZ/PtAl涂层的DD5单晶试样的力学性能进行了测试，结果表明：高温瞬时性能Rm≥975MPa，Rp0.2≥940MPa，断面伸长率A≥11.0%，断后收缩率Z≥24.5%，高温持久试验时间最小为29.7h。涂覆涂层后试样高温持久性能和高温瞬时性能都有所下降，但均超过了合金手册中的

7、要求，满足实际零件的使用需求。在实际零件上进行热障涂层涂覆工艺试验，研究了叶片不同位置涂层厚度分布规律，在叶片上实现了涂层局部涂覆，在叶片上制备的热障涂层经30次水冷热震试样无脱落，满足了叶片工程化需求。I摘要关键词：DD5单晶高温合金；热障涂层；工艺参数；抗氧化性能；热震性能IIAbstractAbstractAsathermalinsulationandprotectivecoating,thermalbarriercoatingscanhelpengineblades,combustorandothercompone

8、ntstoresisthightemperatureandcorrosionenvironmentduringservice,andeffectivelyimprovetheservicelifeofhightemperaturecomponentsofengine.Accordingtotheneed