航空发动机涡轮导向叶片热障涂层设计与试验研究

摘要

在航空发动机涡轮导向叶片上使用热障涂层的目的是降低导向叶片基体温度，使其满足航空发动机更高工作温度需求、减少冷气流量、提高发动机效率的有效途径之一。
　　论文以应用于高压涡轮导向叶片的热障涂层为研究对象，在深入分析以MCrAlY为粘结底层、以Y部分增强的2O3 Z rO（Yttria partially stablishsed2zirconia，简称Y-PSZ）为陶瓷表层的双层结构热障涂层的基础上，对电子束物理气相沉积（Electron beam physical vapor deposition，简称EB-PVD）工艺沉积的涂层的热疲劳问题作了创新性和探索性研究。内容主要包括：
　　1.分析不同结构热障涂层的性能和当前的工艺状况，选择双层结构的热障涂层应用于导向叶片，并选择电子束物理气相沉积作为热障涂层制备技术。
　　2.根据涡轮导向叶片特点设计模拟圆管构件，在模拟构件上喷涂热障涂层。研究其热疲劳性能，并对其工艺可行性作初步评估。
　　3.根据在模拟构件上热障涂层的试验研究结果，在某双联高压涡轮导向叶片上喷涂热障涂层。测量该热障涂层在叶片不同位置的厚度，并建模进行热分析，研究带热障涂层的高压涡轮导向叶片的隔热效果。
　　4.为了分析由热障涂层喷涂导致的气膜孔减小后对叶片工作时温度场的影响情况，取几组叶片做喷涂热障涂层前后的流量对比试验，并结合试验结果数据和厚度数据进行带涂层的涡轮导向叶片的温度场计算。
　　5.进行涡轮导向叶片带热障涂层的热循环试验研究，分析热障涂层的抗热冲击性能和可靠性。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2研究的工程需求

1.3 国内外研究情况

1.4研究内容

1.5 研究方案

第二章 设计内容

2.1 模拟构件基体设计

2.2 热障涂层结构设计

2.3 涂层材料选择

2.4 涂层工艺选择

2.5 模拟构件热障涂层结构

2.6 导向叶片热障涂层结构

第三章 模拟构件涂层的制备与试验研究

3.1涂层制备

3.2模拟构件试验

3.3 失效分析

3.4本章小结

第四章 导向叶片热障涂层试验研究

4.1涂层制备

4.2 涂层厚度分析

4.4 热循环试验

4.5本章小结

第五章 结论

5.1 无涂层圆管模拟构件与带涂层圆管模拟构件试验对比

5.2 涡轮导向叶片热障涂层厚度分析

5.3 涡轮导向叶片热障涂层温度场分析

5.4关键技术

5.5研究成果

5.6展望

致谢

参考文献

在学期间取得的研究成果