磷酸镧/锆酸钆复合材料及其涂层化研究

摘要

热障涂层广泛用于涡轮发动机热端部件以提高发动机的效率和降低能耗。目前广泛使用的是Y2O3部分稳定ZrO2（YSZ）热障涂层，但其在高温环境中会发生相变和加速烧结。锆酸钆（Gd2Zr2O7）具有很低的热导率和良好的高温稳定性，是一种具有前景的新一代热障涂层材料。然而，较低的断裂韧性限制了Gd2Zr2O7涂层的应用。本论文拟以磷酸镧（LaPO4）作为 Gd2Zr2O7材料的增韧剂，研究LaPO4含量对化合物相组成和韧性的影响，优选具有最佳韧性的组分制备热障涂层，研究等离子喷涂功率、喷涂距离等参数对涂层相组成、微结构的影响规律。
　　采用化学共沉淀法制备Gd2Zr2O7粉体，采用球磨混合法将x mol％ LaPO4（x=0,10,20,30,40,50,60,100）加入Gd2Zr2O7再高温煅烧以制备Gd2Zr2O7-x mol% LaPO4复合材料，研究材料的相组成和断裂韧性。结果表明，Gd2Zr2O7和LaPO4两相共存且没有发生化学反应。Gd2Zr2O7-LaPO4材料的断裂韧性随LaPO4含量的增加呈现出先增加随后降低的趋势。在所有研究的组分中，Gd2Zr2O7-30 mol% LaPO4具有最好的断裂韧性。
　　采用大气等离子喷涂技术制备Gd2Zr2O7-30 mol% LaPO4热障涂层，研究喷涂功率、喷涂距离对涂层相组成、孔隙率、显微结构及硬度的影响。结果表明，制备的涂层中 Gd2Zr2O7和 LaPO4两相共存且无化学反应。随着喷涂功率的增加及喷涂距离的降低，涂层LaPO4含量降低、气孔率降低、硬度增加。采用较低的喷涂功率和较大的喷涂距离有助于降低涂层与喷涂粉末之间的成分偏差。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 热障涂层概述

1.2热障涂层体系结构

1.3 热障涂层陶瓷层材料的性能要求

1.4热障涂层陶瓷层材料

1.5热障涂层制备技术

1.6本课题的选题背景、意义及主要内容

第2章 实验材料与研究方法

2.1实验材料

2.2粉体的制备方法

2.3 试样制备

2.4测试分析手段

2.5热障涂层陶瓷层制备

第3章 Gd2Zr2O7-LaPO4相组成及力学性能研究

3.1 实验过程

3.2 Gd2Zr2O7-LaPO4组分块材相组成分析

3.3 Gd2Zr2O7-LaPO4组分力学性能分析

3.3 本章小节

第4章等离子喷涂制备Gd2Zr2O7-30 mol% LaPO4涂层工艺研究

4.1 原始纳米Gd2Zr2O7、LaPO4粉末分析

4.2 纳米团聚体喷涂粉末制备及组织结构分析

4.3实验过程

4.4 Gd2Zr2O7-30mol% LaPO4组分陶瓷层的微观组织结构

4.5 涂层的相组成分析

4.6 不同工艺参数喷涂涂层EDS分析

4.7不同工艺参数等离子喷涂涂层的孔隙率

4.8 不同工艺参数等离子喷涂涂层的硬度

4.9本章小结

第5章 全文结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢