火山灰高温腐蚀EB-PVD热障涂层的微结构研究

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1、学校代码10530学号201110081257分类号TB35密级公开硕士学位论文火山灰高温腐蚀EB-PVD热障涂层的微结构研究学位申请人昌盛指导教师周益春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防护涂层制备与应用二零一四年五月万方数据MicrostructureResearchofEB-PVDThermalBarrierCoatingsHigh-temperatureCorrodedbyVolcanicAshCandidateShengChangSupervisorProfessorYichunZhouCollegeFacultyof

2、Materials,OptoelectronicsandPhysicsProgramPreparationandApplicationofProtectiveCoatingsSpecializationMaterialsScienceandEngineeringDegreeEngineeringMasterUniversityXiangtanUniversityDateMay2014万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

3、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(TBCs)是应用于航空发动机

4、上保护恶劣环境中工作的金属部件和提高发动机效率的一项关键技术。随着发动机推重比的提高，燃烧室内燃气温度不断升高，热障涂层的火山灰腐蚀失效已成为制约其使用寿命的突出问题，应用多种微观表征方法获得详细的微结构信息是分析热障涂层破坏机理的重要途径。本文为研究高压涡轮叶片用TBCs火山灰沉积后的失效行为，首先，用真实火山灰(VA)和人造火山灰(AVA)高温腐蚀了电子束物理气相沉积工艺(EB-PVD)制备的7wt%Y2O3stabilizedZrO2(7YSZ)TBCs；然后，采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微

5、镜(TEM)测试分析了陶瓷层的腐蚀微结构演变结果；最后，比较了真实火山灰与人造火山灰对热障涂层腐蚀的异同，揭示了火山灰中微量元素(比如Fe)在热障涂层腐蚀过程的作用。主要研究结果如下：通过对日本樱岛火山灰的热化学性能测试发现：火山灰是由一系列不同比率的造岩矿物组成，硅酸盐和石英所含Si转化为SiO2占总氧化物的60%，同时富含的Fe以Fe2O3和硅酸盐阳离子形式存在；实验用真实火山灰粒径d90=10.3μm，°熔化时有宽的软化/熔化温度范围，吸热曲线峰值为1180C，而人造火山灰°C10M7A13S70存在准熔点，1250C熔化吸热量最高。°1150C时

6、，保温1h，TBCs表面沉积的火山灰半软化；4h后，顶部陶瓷层柱状晶尖端处生成了ZrSiO4，经确定为火山灰与YSZ化学反应的产物，但无单斜相ZrO2。24h时，TEM分析发现柱状晶表面存在腐蚀方坑，腐蚀坑边缘形状由原子密度大、腐蚀速率低的(001)晶面控制；柱状晶缝隙中填充物质的组成与形态跟化学环境相关，顶部位置为非晶态的火山灰，而靠近YSZ/Al2O3界面则是结晶的钙长石(CaAl2Si2O8)，富铝的YSZ/Al2O3界面有利于钙长石析出；同时钙长石存在的界面区域发现了裂纹，钙长石(CaAl2Si2O8)的形成将产生生长应力和热应力，所以裂纹将优先

7、在此位置产生并扩展。°1250C时，真实火山灰和人造火山灰腐蚀过的柱状晶转变为颗粒填充的网络结构，YSZ涂层表面都有ZrSiO4生成，界面都有CaAl2Si2O8出现，但YSZ仍为c/t-ZrO2；TEM分析发现，当TBCs被两种不同的火山灰腐蚀后，陶瓷层形貌都受到了严重的破坏，界面处出现大量的球形颗粒，而人造火山灰腐蚀时，柱状晶缝隙中有球形m-ZrO2析出，表明Fe等元素对陶瓷层腐蚀形貌和物相分布无直°接影响。1400C时，AVA/YSZ界面处出现新的反应产物Ca2Si4ZrO12，陶瓷层开始转变为单斜相ZrO2。关键词：热障涂层；火山灰；高温腐蚀；微

8、结构I万方数据AbstractInanaero-engine,thermalba