等离子喷涂及激光熔覆制备的氢化铪改性热障涂层的性能研究

摘要

热障涂层是一种应用于航空发动机涡轮叶片零部件上的多层系统，其目的在于提高涡轮叶片的高温性能及服役时间。传统的热障涂层通常为 8wt%Y2O3稳定的 ZrO2陶瓷层及 MCrAlY 粘结层组成的复合涂层。其中陶瓷层起到隔热作用，而粘结层的作用在于缓和陶瓷层与基体之间的热膨胀不匹配性。然而随着航空发动机的发展，涡轮进气温度进一步提高，传统热障涂层已不能满足现阶段航空发动机的要求，因而开发新一代热障涂层体系迫在眉睫。 本文针对热障涂层的热震性及粘结层高温氧化性两大性能开展研究。其一，应用激光熔覆的方法分别在GH586基体上制备了四种HfH2(0-3xwt%)-CoCrAlYSi涂层，并应用扫描电镜(SEM)、金相显微镜、X射线衍射分析(XRD)和EDS等技术研究分析了四种涂层1100℃下的高温氧化情况；其二，应用激光熔覆及等离子喷涂的复合方法分别在GH586基体上制备了HfH2(0-3xwt%)-CoCrAlYSi/8YSZ热障涂层，同时研究分析了四种涂层1100℃下的高温热震情况。主要研究成果如下： (1) 本文采用激光熔覆的方法在 GH586 镍基高温合金上制备了四种HfH2(0-3xwt%)-CoCrAlYSi 涂层，其表面组织形貌均为网状结构，且截面组织分为明显的三层，表层为飞机晶组织、过渡层为柱状枝晶组织、涂层与基体之间形成等轴晶组织； (2) CoCrAlYSi涂层中HfH2的添加可有效提高涂层1100℃高温氧化产物的致密度及抑制CoCr2O4等尖晶石氧化物的生成。然而该涂层中的HfH2含量不能超过3xwt%，否则涂层高温氧化产物之间的致密度会变差； (3) CoCrAlYSi涂层中HfH2的添加对提高涂层抗高温氧化性能具有显著的影响，主要表现在抑制表面氧化膜的快速生长，避免氧化膜过厚，同时钉状氧化物的生成增加了氧化膜与涂层之间的粘附性。然而涂层中 HfH2的含量不能过高，否则涂层的抗高温氧化性能反而会降低，如3xwt%HfH2-CoCrAlYSi的涂层； (4) CoCrAlYSi/8YSZ热障涂层中HfH2的添加可有效提高其1100℃抗高温热震 性 能 ， 相 比 于 单 一 的 CoCrAlYSi/8YSZ 热 障 涂 层 而 言 ，2xwt%HfH2-CoCrAlYSi/8YSZ热障涂层的高温热震次数可达到79次。然而当HfH2的含量为3xwt%，其热震性能反而降低了； (5) 四种HfH2-CoCrAlYSi/8YSZ热障涂层1100℃高温热震失效后，其涂层剥落区域明显不同。其中，CoCrAlYSi/8YSZ涂层热震失效后，其TC/TGO和TGO/BC层之间均出现明显的开裂现象；xwt%HfH2-CoCrAlYSi/8YSZ热障涂层高温热震失效后，只在TC与TGO层之间发现明显的开裂现象；2xwt%HfH2-CoCrAlYSi/8YSZ热 障 涂 层 高 温 热 震 失 效 后 ， 开 裂 区 域 发 生 在 陶 瓷 层 内 部 ；3xwt%HfH2-CoCrAlYSi/8YSZ热障涂层高温热震失效后，TC/TGO及TGO层内部发生了明显的开裂现象。

目录

雍兆封面扫描

001

002

大论文答辩后第三次修改