掺杂改性复合热障涂层组织与性能研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文掺杂改性复合热障涂层组织与性能研究硕士研究生：汪倡指导教师：金国教授＾学科、专业：材料科学与工程论文主审人：郑卫教授哈尔滨工程大学２０１８年３月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文掺杂改性复合热障涂层组织与性能研究硕士研究生：汪倡指导教师：金国教授学位级别：工学硕士学科、专业：材料科学与工程所在单位：材料科学与化学工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegree

2、ofM.EngResearchonmicrostructureandpropertiesofmodifiedcompositethermalbarriercoatingsCandidate:WangChangSupervisor:Prof.JinGuoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MaterialsScienceandEngineeringDateofSubmission:Jan.,2018DateofOralExamination:Mar.,2018University:HarbinEngineeringUniv

3、ersity掺杂改性复合热障涂层组织与性能研究摘要热障涂层（Thermalbarriercoatings，TBCs）是将陶瓷材料涂覆在高温合金基体表面，以降低基体合金表面温度，提高基体抗高温氧化及抗腐蚀能力的一种热防护技术。TBCs作为先进燃气轮机的核心技术，具有不可替代的作用。针对现有的TBCs存在的韧性和热循环寿命不足等问题，本文采用大气等离子喷涂工艺制备了不同增韧材料改性的三种TBCs体系，探究增韧材料掺杂对涂层断裂韧性、抗热震性能和抗冲蚀性能的影响，以期提升等离子喷涂TBCs的综合性能。研究表明，在氧化铝/氧化钇稳定氧化锆（yttriastabilizedzirconia，YSZ)体

4、系中，掺杂8wt.%YSZ纤维的涂层断裂韧性提高27.5%，同时表现出最好的抗热震性能和抗冲蚀性能。相比未掺杂纤维涂层，涂层的抗热震性能提高58.8%，冲蚀速率下降61.0%。在YSZ体系中，掺杂8wt.%SiC晶须的涂层断裂韧性提高35.14%，同时表现出最好的抗热震性能和抗冲蚀性能。主要归结于嵌入在涂层中的纤维（或晶须），通过特有的纤维脱粘、纤维拔出和裂纹偏转等增韧机制，阻碍裂纹的萌生与扩展，消耗了涂层的断裂功，提高了TBCs涂层的韧性。在锆酸镧（La2Zr2O7）-氧化钇稳定氧化锆双陶瓷体系中，双陶瓷层的结构设计避免了La2Zr2O7涂层与金属粘结层的热物理不匹配性。将碳纳米管（car

5、bonnanotubes，CNTs）均匀掺入陶瓷粉末中，采用喷雾造粒的方式制备复合粉末。掺杂1wt.%CNTs的涂层韧性提升28.7%，同时表现出最好的抗热震性能和抗冲蚀性能。相比未掺杂改性涂层，此涂层抗热震性能提高73.0%，冲蚀速率下降27.5%。主要归结于均匀分布在涂层中的CNTs，通过CNTs界面脱粘、CNTs拔出的方式，阻碍裂纹的萌生与扩展，提升了涂层服役性能。关键词：热障涂层；大气等离子喷涂；YSZ纤维增韧；SiC晶须增韧；CNTs增韧掺杂改性复合热障涂层组织与性能研究AbstractThermalbarriercoatings(TBCs)isakindofthermalprot

6、ectiontechnologythatceramicmaterialsarecoatedonthesurfaceofsuperalloysubstratetoreducethesurfacetemperature,andimprovehightemperatureoxidationresistanceandcorrosionresistance.Asoneofcoretechnologies,TBCsplaysasignificantroleinadvancedgasturbine.Inviewofpoortoughnessandshortthermalcyclinglifetimeofe

7、xistingTBCs，threekindsofTBCsmodifiedbydifferenttougheningmaterialswerepreparedbyatmosphericplasmaspraying,soastoimprovecomprehensiveperformance.Inthispaper,theeffectoftougheningmaterialsonfracturetoughness,