cmas对热障涂层影响研究

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1、ClassifiedIndex：V254．2U．D．C：620ThesisfortheMasterDegreeTheinfluenceofCMAStothermalbarriercoatingsCandidate：Supervisor：School：DateofDefenee：CaoJianAssociateProf．ZhangDongboSchoolofEnergy,PowerandMechanicalEngineeringMarch，2013Degree-Conferring-Institution：NorthChinaElectricPowerUnive

2、rsity华北电力大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文((CMAS对热障涂层影响的研究》，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：角L日期：Ⅵ’≥年3月2日华北电力大学硕士学位论文使用授权书((CMAS对热障涂层影响的研究》系本人在华北电力大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归华北电力

3、大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版本，同意学校将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，允许论文被查阅和借阅，学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于(请在以上相应方框内打“√”)：保密口，在年解密后适用本授权书不保密口作者签名：导师签名：堍L；饫等，碍日期：M弓年明B日日期：1夕I丐年弓月8

4、日摘要摘要热障涂层(thermalbarriercoatings，TBCs)具有隔热性能优异、抗腐蚀等特点，已在飞机涡轮发动机、燃气轮机等高温工作条件的部件中获得广泛应用，然而在工作时常常受到玻璃态物质(CaO．MgO．A1203．Si02，CMAS)的影响。本文主要研究了高温下CMAS导致氧化钇稳定的氧化锆(YSz)热障涂层开裂以及失效的机制，重点研究了CMAS与YSZ反应作用机理。为了更好地描述CMAS对TBCs应力场的影响，本文采用ANSYS有限元的方法，对应力场及位移场进行模拟分析，模拟结果表明，CMAS在高温下由固态变为熔融状态，其进入TBCs的孔隙

5、中，当温度骤降后，CMAS凝固到缝隙中，由于热膨胀系数的不同，导致涂层中存在巨大的拉应力，当裂纹为非均匀分布时其应力场分布不均匀，同时产生较大的剪切应力，当应力达到材料屈服极限时将产生裂纹，同时将所得结果和试验结果相比较，结果也显示二者结果相似。针对CMAS侵蚀导致YSZ热障涂层失效的研究，分别采用涂敷和混合烧结两种方式展现CMAS与YSZ的反应作用，涂敷方式进行了YSZ基体材料的不同、基体烧结温度的不同、CMAS成分的不同和整体烧结温度的不同四个方面的研究，混合烧结方式进行了烧结温度不同和CMAS所占比例不同两个方面的研究，最终采用扫面电镜、能谱仪和X射线衍

6、射等技术进行分析测试，从而对CMAS致使YSZ开裂剥落的作用关系进行了研究。实验结果表明，CMAS高温下融化进入YSZ晶粒间的空隙中，由于热膨胀系数、比热容、泊松比等物理参数的差异产生热应力，在冷却后会引起YSZ开裂。YSZ不仅会由CMAS的热机械作用发生断裂，而且两者会在YSZ表面形成一个化学反应区，裂纹也主要产生在这个区域。制备工艺相同，YSZ中Y元素的含量不同时，在CMAS的作用下都会造成YSZ基体中出现贫Y区域，此区域会加速YSZ的劣化，产生相变，相变导致体积的变化并引起剪切应力增大，导致YSZ开裂；1500℃烧结的基体要比1300℃烧结的YSZ致密，

7、CMAS进入YSZ量就少，对于YSZ的损伤较小：实际沙尘要比配制CMAS对YSZ的侵蚀更为明显，由于两者的主要成分相似，所以发生的反应作用机制也相似；CMAS与YSZ发生相互作用，1350℃要比1240℃的反应剧烈，温度越高，发生相变以及产生热化学作用的可能性就越大，CMAS对YSZ的侵蚀也越严重。CMAS在高温下会与YSZ产生化学反应，主要是与CMAS中Si和Ca两元素的扩散有关，与YSZ中的Zr02生成Ca．O．Zr化合物以及Si．O．压化合物，会造成元素扩散，形成某种析出与溶解机制，导致YSZ失效。摘要关键词：CMAS；YSZ；热障涂层；ANSYS；开裂

8、失效IIAbstractThermal