高温下aps法制备的ysz热障涂层的微结构演化规律

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1、学校代码10530学号201510131281分类号TB35密级公开硕士学位论文高温下APS法制备的YSZ热障涂层的微结构演化规律学位申请人胡瑶指导教师蔡灿英教授学院名称材料科学与工程学院学科专业材料科学与工程研究方向材料测控技术与装备二零一八年六月MicrostructureEvolutionofYSZThermalBarrierCoatingsPreparedbyAPSatHighTemperatureCandidateYaoHuSupervisorProfessorCanyingCaiCollegeFacultyofMaterialsScienceandEngin

2、eeringProgramMaterialControlTechnologyandEquipmentSpecializationMaterialsScienceandEngineeringDegreeEngineeringMasterUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人

3、完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、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，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要热障涂层被广泛地应用在航空发动机上，可以提高合金使用温度，起到延长热端部件使用寿命、提高发动机工作效率的作用。在长期高温服役环境下，热障涂层不可避免会发

4、生失效，陶瓷层由于高温退火各方面性能会发生明显变化，尤其是作为热障涂层最重要的隔热性能和耐应变性能明显降低。陶瓷层和粘结层的界面处由于高温氧化非保护性氧化物的生长内应力大大增加，从而导致裂纹的产生和陶瓷层的剥落。材料的性能取决于材料的组成和微观结构。为了进一步理解热障涂层高温失效机制，对涂层高温下微观结构演变的研究十分必要。本文采用XRD、SEM、TEM等表征方法对大气等离子喷涂的热障涂层原始样品和高温退火样品的微观结构进行了表征，重点关注了高温下陶瓷层结构的演变和陶瓷层与粘结层的界面氧化。主要研究结果如下：第一、采用XRD、SEM、TEM对退火前后样品的陶瓷层的微观结

5、构进行了表征，结果表明，高温退火后陶瓷层基本没有发生相变。随退火时间延长，陶瓷片层内柱状晶的生长使晶粒间形成烧结颈，层内空隙愈合，层间空隙发展为一排孔洞，长时间退火后，陶瓷层的片层结构和柱状晶结构消失。另外，对APSYSZ陶瓷层高温退火后没有观察到“白点”状孔洞现象的原因进行了分析。第二、采用XRD、SEM、TEM对退火前后样品陶瓷层与粘结层界面处的微观结构进行了细致地表征，发现随氧化时间延长，界面处局部区域的TGO由两层结构（上层主要为富Y的氧化物，下层主要为Al2O3）发展为三层结构（下层为主要为晶粒较大的Al2O3层，中层为细晶的Y3Al5O12层，上层为多孔的N

6、iCr2O4层），再到四层结构（从内到外依次主要为Al2O3、Y3Al5O12层、NiCr2O4层、NiO层）。对本实验中高温氧化后陶瓷层和粘结层界面处TGO的结构层次进行了讨论，并提出了APS热障涂层中TGO的形成机理，建立了氧化机理模型，分析了Y对APS热障涂层中YSZ/NiCrAlY界面氧化的影响。关键词：热障涂层；APS；高温烧结；界面氧化；微观结构I湘潭大学硕士学位论文AbstractThermalbarriercoatings(TBCs)arewidelyappliedinaircraftenginesandgasturbinestoreducethetem

7、peratureofthemetallicsubstratestherebyincreasingthelifetimeofthehotsectioncomponentsandtheengineefficiency.Onprolongedexposureatelevatedtemperatures,thermalbarriercoatingswillgotofailureinevitably.Thepropertiesofthetopceramiccoatwillchangeobviouslyduetohightemperatureanne