纳米氧化锆热障涂层高温腐蚀性能的研究

摘要

本文研究了等离子喷涂制备的纳米氧化锆热障涂层的结构与性能，并与同种方法制备的常规热障涂层进行了对比。BSE观察发现沉积态的纳米涂层结构致密，具有大量微小的分布均匀的孔洞；SEM 观察显示其断口表面形貌呈片层结构，层间有明显的孔隙，片层由大量柱状晶组成，TEM观察表明柱状晶的尺寸大约为100×200nm；XRD相分析表明纳米氧化锆热障涂层的相结构为四方相。 纳米涂层硬度比常规涂层提高了大约50％以上。纳米涂层的抗热冲击性能比常规涂层有明显的改善，其结合强度明显高于常规涂层的结合强度。同时纳米热障涂层的隔热效果比常规氧化锆涂层优越，涂层的力学性能显著提高。 纳米YSZ涂层在1100℃恒温及循环氧化后，在 YSZ/粘结层界面生成了两层氧化物膜，上层为Ni、Cr的混合氧化物，下层为连续的α-Al<,2>O<,3>层。在循环400h时，涂层仍保持完整，表现出了良好的抗氧化性能。与采用同种工艺喷涂的常规YSZ涂层相比，纳米YSZ涂层的氧化性能没有明显提高，这与纳米YSZ涂层晶粒长大有关。SEM观察发现，循环氧化300h后，涂层的晶粒尺寸主要分布在300～400nm之间，与常规YSZ涂层相近。氧化后，两种涂层的相结构不发生改变，仍然为四方相。 900℃熔融硫酸盐腐蚀100h后，纳米涂层的腐蚀增重略低于常规YSZ涂层，在陶瓷层/粘结层之间形成了连续的Al<,2>O<,3>膜，表现出了良好的抗硫酸盐腐蚀性能。腐蚀后两种涂层体系中都没有发现硫化物的生成。熔融硫酸盐腐蚀后两种涂层的相结构仍然是四方相。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1高温防护涂层的发展过程

1.1.1铝化物扩散涂层(第一代涂层)

1.1.2改性的铝化物涂层(第二代涂层)

1.1.3包覆涂层(第三代涂层)

1.1.4热障涂层(第四代涂层)

1.2热障涂层

1.2.1热障涂层系统

1.2.2热障涂层的制备方法

1.2.3热障涂层的失效机理

1.3纳米氧化锆热障涂层

1.4本课题研究目的内容及意义

第2章纳米氧化锆涂层制备与实验方法

2.1纳米氧化锆热障涂层制备

2.1.1纳米晶体氧化锆粉末

2.1.2纳米氧化锆涂层的喷涂工艺

2.2实验方法

2.2.1硬度实验

2.2.2结合强度实验

2.2.3隔热效果实验

2.2.4恒温氧化实验

2.2.5循环氧化实验

2.2.6热腐蚀实验

2.3实验所用分析方法及设备简介

2.3.1扫描电子显微镜(SEM)

2.3.2透射电子显微镜(TEM)

2.3.3 X射线衍射(XRD)

2.3.4 Image-Pro Plus 5.1

第3章纳米氧化锆热障涂层原始组织

3.1实验结果

3.1.1纳米氧化锆热障涂层微观结构特征

3.1.2纳米氧化锆热障涂层的相组成

3.1.3纳米氧化锆与常规氧化锆热障涂层常规性能比较

3.2讨论

3.2.1 YSZ纳米涂层结构

3.2.2 YSZ纳米涂层的相结构

3.3 小结

第4章纳米氧化锆热障涂层高温氧化性能研究

4.1纳米氧化锆热障涂层恒温氧化实验结果

4.1.1动力学曲线

4.1.2表面形貌

4.1.3截面形貌

4.1.4 XRD相结构

4.2纳米氧化锆热障涂层循环氧化实验结果

4.2.1动力学曲线

4.2.2表面形貌

4.2.3截面形貌

4.2.4 XRD相分析

4.3分析讨论

4.3.1 TGO的形成机理

4.3.2纳米YSZ涂层晶粒长大问题

4.4 小结

第5章纳米氧化锆热障涂层热腐蚀性能的研究

5.1实验结果

5.1.1动力学曲线

5.1.2表面形貌

5.1.3截面形貌

5.1.4 XRD相分析

5.2分析与讨论

5.3小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致 谢