基于ct法的火山灰腐蚀aps热障涂层内部孔隙演化规律表征

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1、学校代码10530学号201510131272分类号TB35密级公开硕士学位论文基于CT法的火山灰腐蚀APS热障涂层内部孔隙演化规律表征学位申请人蔡新妮指导教师朱旺讲师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五月TheevolutionofporesinthermalbarriercoatingsundervolcanicashcorrosionusingX-RaycomputedtomographyCandidateXinniCaiSupervisorLecturerWangZhuCollegeSchoolofMateria

2、lsScienceandEngineeringProgramMaterialControlTechnologyandEquipmentSpecializationMaterialsScienceandEngineeringDegreeEngineeringMasterUniversityXiangtanUniversityDateMay,2018摘要航空发动机的发展是国防科技水平的重要体现，热障涂层由于隔热性能佳，可以有效保护航空发动机涡轮叶片，减少其受热气流冲击。热障涂层在制备完成时内部就包含一定的孔隙，这些孔隙结构可以帮助其提高隔热效率。然而，在服役过程中热障涂层的

3、孔隙会发生变化，尤其是火山灰高温腐蚀会对孔隙结构产生较大的影响。火山灰被吸入发动机后会变成熔融状态渗透进热障涂层中，改变涂层孔隙结构，从而影响涂层的隔热性能和力学性能等，分析火山灰腐蚀诱发的孔隙变化是分析热障涂层剥落的重要途径。X射线计算机断层扫描(CT)是一种微观结构探索的方法，具有无损、三维、高分辨率等特点，因此有望成为热障涂层内部结构分析的有效手段。本课题基于CT表征方法，以大气等离子喷涂热障涂层为研究对象，运用图像形态学的处理方法，得到了热障涂层孔隙的分布特点，分析了火山灰腐蚀导致孔隙演化的规律，并结合几种常用孔隙检测手段对实验结果进行了对比。主要研究内容有：(

4、1)提出了一种图像分割处理的方法。热障涂层内部孔隙繁多，体积小，且与样品的界限不明显，常用的单一阈值分割法不能完整地将孔隙从样品中分割出来。经过探索发现，顶帽法这种图像形态学处理方法在可以很好地识别图像的细节部分，能识别出热障涂层中的绝大部分孔隙。对于部分未识别的则采用区域生长法补全，两种方法结合能将孔隙从热障涂层样品中完整提取出来。通过这种方式对热障涂层内部孔隙的结构进行了三维重构。(2)研究了火山灰高温腐蚀对热障涂层内部孔隙的尺寸、形状、孔隙率演化规律的影响。在孔隙尺寸方面，火山灰在熔融渗透进陶瓷层的过程中主要填充的是半径在3μm以下的孔隙；在孔隙形状方面，火山灰腐

5、蚀会使孔隙形态由规则向不规则转变，腐蚀温度越高，孔隙越不规则，火山灰涂覆量对孔隙球形度造成的影响较小；在孔隙率方面，火山灰腐蚀样品比原始涂层低，孔隙率随着涂覆量增多而降低，随着腐蚀温度上升而降低。(3)结合压汞法、SEM法、超声扫描显微镜法三种检测手段与CT法做对比。实验发现，压汞法、SEM法的检测数据与CT法基本一致。但是压汞法只能得到累加的孔隙分布值，SEM法只能分析某个截面的孔隙分布信息，且两种方法都对样品造成不可逆的伤害。由于超声波在进入多孔热障涂层样品时散射严重，超声波扫描显微镜还不能满足检测热障涂层。关键词：热障涂层；火山灰；CT；孔隙；演化规律IAbstr

6、actThedevelopmentofaeroengineisanimportantembodimentofnationaldefensescienceandtechnology.Thermalbarriercoatings(TBCs)caneffectivelyprotecttheturbinebladesofaero-engineandreducetheimpactofheatflowduetothermalinsulationperformance.TBCscontainacertainamountofporesnaturally,whichcanhelpimpr

7、ovetheinsulationefficiency.However,theporesofTBCschangeduringtheserviceprocess,especiallythehightemperaturecorrosionofvolcanicash(VA)canhaveagreatinfluenceontheporestructure.VAmeltedandinfiltratedinTBCsafteringestedbyengine,changingthecoatings’porestructure,whichaffectedt