热障涂层高温性能评价的复阻抗谱测量技术与应用

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1、学校代码10530学号200910081095分类号TB35密级公开硕士学位论文热障涂层高温性能评价的复阻抗谱测量技术与应用学位申请人陈巍峰指导教师杨丽副教授学院名称材料与光电物理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二零一四年六月万方数据Animpedancespectroscopystudyandapplicationsofhigh-temperaturepropertyofthermalbarriercoatingsCandidateWeifengChenSupervisorAssociateProfessorLiYangCollegeFacultyofMaterials

2、,OptoelectronicsandPhysicsProgramMaterialControlTechnologyandEquipmentSpecializationMaterialsScienceandEngineeringDegreeEngineeringMasterUniversityXiangtanUniversityDateApril2014万方数据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

3、在文中以明确方式标明。本人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：年月日万方数据摘要热障涂层(ThermalBarrierCoatings，简称TBCs)是一种热防护材料，喷涂或沉积在金属高温部件表面，主要作用是降低金属部件的工

4、作温度，达到提高热效率的作用。由于TBCs抗高温、耐腐蚀，性能优良，目前在航空航天等领域都应用广泛。但是TBCs是多层结构，层与层之间热膨胀系数不匹配，而其服役环境通常为高温高压，因此在工作中TBCs常发生高温氧化及CMAS(CaO-MgO-Al2O3-SiO2)腐蚀，最终导致涂层剥落失效。由于引起涂层剥落失效的因素很多，对热障涂层的检测及寿命预测造成困难，因此使用先进的检测技术对热障涂层的失效过程进行检测有重要意义。本文首先讨论了复阻抗谱(ImpedanceSpectroscopy，简称IS)测量过程中不同条件对其造成的影响，然后利用复阻抗谱方法研究了等离子喷涂(PlasmaSprayin

5、g,简称PS)热障涂层的高温氧化及CMAS腐蚀性能。主要研究内容如下：第一，讨论了不同测量参数及条件对复阻抗谱测量结果的影响，主要包括测量电压、测量温度、电极尺寸以及样品几何形状等，并且未氧化的涂层与氧化后有TGO生成的样品受影响的情况也有所不同。实验中对未氧化和氧化后的热障涂层样品分别讨论了四种因素的影响，结果表明随测量电压升高，低频处电极响应减小；测量温度升高，YSZ与TGO的电导率增加，阻抗响应减小；电极尺寸增加，不影响高频处YSZ的响应，但是TGO的峰值随电极尺寸增加而增高；有曲率的热障涂层其阻抗特性不随曲率变化，其复阻抗谱检测方法与平板状热障涂层的检测方法一致。第二，利用复阻抗谱方

6、法测量了热障涂层的高温氧化过程，使用扫描电镜观察了氧化后热障涂层的截面微观结构。结果表明，等离子喷涂法制备的热障涂层内部含有大量孔隙与微裂纹，在950°C氧化时陶瓷层会出现烧结现象，孔隙率降低，结构变得致密，陶瓷层阻抗响应减小；氧化8h后，在陶瓷层与粘结层界面有TGO生成，氧化48h后可以观察到连续的TGO层，其厚度约为2um，这时陶瓷层与孔隙的阻抗响应减小缓慢，而TGO厚度则随氧化时间增加而增厚，阻抗响应也随之增加。第三，测量了CMAS与YSZ的阻抗值，并计算了其电阻率，讨论了等离子喷涂法制备的陶瓷层在受到CMAS高温腐蚀作用时其阻抗值的变化，结果表明在高温下YSZ首先发生烧结，孔隙率降低

7、，随温度升高CMAS熔化渗入YSZ内部，并且与之发生化学反应，使YSZ发生相变，形成混合层。随着氧化时间增加，混合层增厚，YSZ的结构和稳定性遭到破坏，严重影响陶瓷层的寿命。关键词：热障涂层；复阻抗谱；高温氧化；CMAS腐蚀I万方数据AbstractThermalBarriercoatings(ThermalBarrierCoatings,TBCs)isakindofthermalprotectionmate