cmas腐蚀热障涂层渗透深度及y元素分布规律的定量表征

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1、学校代码10530学号201510131312分类号TB35密级公开硕士学位论文CMAS腐蚀热障涂层渗透深度及Y元素分布规律的定量表征学位申请人王冉指导教师杨丽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五月QuantitativeCharacterizationofInfiltrationDepthandDistributionofYElementsinThermalBarrierCoatingswithCMASCorrosionCandidateRanWangSup

2、ervisorProfessorLiYangCollegeSchoolofMaterialsScienceandEngineeringProgramMaterialControlTechnologyandEquipmentSpecializationMaterialsEngineeringDegreeEngineeringMasterUniversityXiangtanUniversityDateMay2018摘要热障涂层(thermalbarriercoatings,TBCs)因其耐高温、高隔热的材料性能能有效

3、的降低基底的工作温度,提高发动机的性能与热效率,已经成为了航空发动机的关键热防护技术。航空发动机在服役过程中，总是不可避免地摄入空气中携带的沙尘，火山灰等钙镁铝硅颗粒（CMAS），从而发生CMAS腐蚀失效,这一失效已成为制约TBCs服役性能及其安全应用的关键问题。目前，随着发动机推重比的提高，燃气进口端温度不断升高，CMAS高温腐蚀已经成为TBCs不可避免的最危险的最复杂的服役环境。本文对CMAS高温腐蚀热障涂层后的渗透深度及微观结构的变化的研究可为CMAS腐蚀提供可靠的参考依据。本文结合复阻抗谱检测技术对高温C

4、MAS腐蚀热障涂层不同温度和不同时间的渗透深度进行检测。此外本文采用SEM、XRD、拉曼光谱、电子探针等微观表征手段对不同腐蚀温度和时间下CMAS腐蚀引起APS-TBCs样品的微结构变化以及Y元素的含量变化规律进行了系统的研究。主要研究内容如下：第一，采用复阻抗谱的方法检测CMAS高温腐蚀热障涂层不同温度和时间的阻抗值的变化，提出了CMAS高温腐蚀热障涂层的等效电路，并且用Z-View软件进行了电路拟合。进而得到不同腐蚀温度时间下的复阻抗谱曲线图，根据公式计算出CMAS的渗透深度的变化趋势。为后面的研究内容奠定了

5、良好的基础。第二，采用SEM对CMAS高温腐蚀不同时间不同温度的样品进行的渗透深度及微观结构的观察及比较，得出结论CMAS腐蚀热障涂层的过程中随着腐蚀时间的增加渗透深度逐渐变大。在1250℃时CMAS腐蚀热障涂层2h后，陶瓷层的片层状结构仍然比较明显，大部分区域仍然呈柱状晶结构，部分区域出现柱状晶退化的现象，边缘棱角开始变圆；4h时，表面晶粒球化现象程度加大，腐蚀8h后，出现大片区域的球化现象，表面开始出现大块的剥落。然后采用拉曼和XRD测试对样品进行了物相分析，热障涂层长时间的CMAS高温腐蚀会导致YSZ中Y的

6、析出从而引发t相到m相的相变，伴随着明显的结构变化。第三，采用电子探针检测对陶瓷层中的Y元素含量进行了测试。对CMAS腐蚀不同时间和不同温度后对陶瓷层及CMAS层中Y元素含量的变化规律进行了分析和研究。根据实验结果得出在CMAS腐蚀热障涂层的过程中，在CMAS的渗透方向Y元素呈逐渐增加的趋势，直到最后Y元素含量趋于平稳不变。在相同温度下CMAS高温腐蚀热障涂层CMAS层中的Y元素含量随着腐蚀时间的增加而逐渐增多；并且腐蚀温度相对于时间对CMAS高温腐蚀热障涂层Y元素的流失量的影响更为显著。关键词：热障涂层；CMA

7、S腐蚀；复阻抗谱检测；Y元素流失IIIAbstractThermalbarriercoatings(TBCs)havebecomeakeythermalprotectiontechnologyforaero-enginesbecauseoftheirhigh-temperatureandhigh-insulationmaterialproperties,whichcaneffectivelyreducetheoperatingtemperatureofthesubstrateandimproveengineper

8、formanceandthermalefficiency.Duringtheserviceprocessofaero-engines,itisalwaysinevitabletoingestsand,dust,volcanicashandothercalcium,magnesium,aluminumandsiliconparticles(CMAS),whichcauses