航空发动机纳米氧化锆热障涂层的制备及性能研究

【类型】学位论文

【作者】张春刚 

【摘要】随着航空发动机向高性能、高推重比方向发展,涡轮前温度大幅度提高,热端部件的防护已成为航空动力装置的核心技术,在很大程度上决定着发动机的性能和水平。热障涂层技术作为第四代防护手段已经在国外先进航空发动机上得到广泛应用。本项目研究开发新型纳米氧化锆热障涂层的制备工艺技术,以满足当前先进航空发动机热端部件对高性能热障涂层的迫切需求。 本研究以镍基高温合金为基体,使用大气等离子喷涂、超音速火焰喷涂、真空电弧镀等方法,制备了MCrAlY底层以及纳米YSZ面层。使用扫描电镜(场发射)、透射电镜、X射线衍射等材料分析方法,对底层以及面层的使用材料及涂层进行了分析。结果表明,等离子喷涂纳米氧化锆涂层为典型的层状结构,涂层内部结构比较致密；涂层中主要由四方相(t)和立方相(c)组成,涂层中晶粒尺寸比原始纳米粉末有所长大,但仍保持纳米结构。在经过了高温处理之后,YSZ涂层仍然保持了纳米的结构。 使用热腐蚀实验测试设备(包括恒温氧化实验、循环氧化实验以及熔盐腐蚀实验设备)对底层以及面层的耐热腐蚀性能进行了研究。结果表明,在恒温和循环氧化后,底层表面形成了连续的以A12O3为主的氧化膜。这说明各种MCrAlY涂层极大地提高了合金的抗高温氧化性能。 使用热性能测试设备(包括隔热实验、热冲击实验以及热循环实验)对热障涂层的热物理性能进行了研究。结果表明,纳米氧化锆热障涂层隔热效果在500℃时可以达到近200℃,在1000℃以上仍然有140℃以上,比常规氧化锆涂层有80℃的提高。纳米氧化锆涂层的层间结合力、抗高温氧化、抗热腐蚀性能都好于常规氧化锆涂层。纳米氧化锆热障涂层1100℃的抗热震寿命大于50次。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】中国科学院研究生院

【学位授予年度】2016

【导师姓名】王福会，段绪海

【读秀链接】读秀链接