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等离子体喷涂钨基复合涂层的制备与研究

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摘要

1 绪论

1.1 钨材料的研究与应用

1.1.1 钨的晶体结构

1.1.2 钨基本性能

1.1.3 钨材料的应用和研究现状

1.2 钨基复合材料的研究与应用

1.2.1 钨-铜复合材料研究

1.2.2 钨-陶瓷复合材料研究

1.3 等离子体喷涂钨及其复合涂层研究

1.3.1 等离子体喷涂技术

1.3.2 钨及其复合涂层研究

1.4 本论文的研究内容和目的

2 等离子体喷涂钨-铜复合涂层的研究

2.1 原料的选择

2.1.1 实验方法

2.1.2 实验结果与讨论

2.2 等离子体喷涂钨-铜复合涂层

2.2.1 实验方法与设备

2.2.2 实验结果与讨论

2.3 等离子体喷涂钨-铜复合涂层热学性能研究

2.3.1 实验方法与设备

2.3.2 实验结果与讨论

2.4 钨-铜复合涂层的抗烧蚀性能研究

2.4.1 实验方法与设备

2.4.2 实验结果与讨论

2.5 本章小结

3 等离子体喷涂钨-碳化锆复合涂层

3.1 原料的选择

3.1.1 实验方法

3.1.2 实验结果与讨论

3.2 大气等离子体喷涂钨-碳化锆复合涂层

3.2.1 实验内容与方法

3.2.2 实验结果与讨论

3.3 钨-碳化锆复合涂层性能研究

3.3.1 实验方法与设备

3.3.2 实验结果与讨论

3.4 本章小结

4 钨-碳化锆复合涂层高温性能的研究

4.1 抗高温粒子冲刷性能

4.1.1 实验方法与设备

4.1.2 实验结果与讨论

4.2 抗烧蚀性能

4.2.1 实验内容与方法

4.2.2 实验结果与讨论

4.3 抗热震性能

4.3.1 实验方法与设备

4.3.2 实验结果与讨论

4.4 本章小结

5 全文总结

致谢

参考文献

附录

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摘要

固体火箭发动机的喷管、燃气舵部件等工作温度常在2000℃以上,其作为高温结构材料应具有良好的抗烧蚀、抗热震、抗冲刷和较高的高温力学性能。钨(W)由于其高熔点、高热导率、低热膨胀系数等优异的性能,作为高温结构材料受到广泛关注。但是由于W密度高、高温强度随温度的升高急剧降低、抗氧化性能差等不足,限制了它的应用。
  本论文采用等离子体喷涂技术,以Cu和ZrC为第二相,制备了钨基复合涂层;研究了复合涂层的显微结构特征,测定了其基本物理性能特别是热学性能;重点考察了复合涂层的高温性能以及第二相对涂层结构、性能的影响。结果表明,W-Cu复合涂层具有致密的显微结构,其热导率随着Cu含量的增加而增加,且与大气等离子体喷涂W-Cu复合涂层相比,真空等离子体喷涂W-Cu复合涂层热导率较高。W-Cu复合涂层烧蚀时,主要通过低熔点Cu相的“发汗”作用,降低涂层表面温度,减少涂层的氧化,提高复合涂层的抗烧蚀性能。铜含量在一定的范围内,W-Cu复合涂层的抗烧蚀性能随其含量增加而增加;VPS-W-Cu热导率较高,更有利于涂层表面热量的散发,故其抗烧蚀性能较APS-W-Cu更优。添加ZrC相能够显著地提高W基复合涂层的抗高温粒子冲刷性能,推断其原因可能是ZrC的添加提高了复合涂层的硬度。等离子体火焰烧蚀实验表明,烧蚀过程中W、ZrC的氧化产物可反应生成负热膨胀系数ZrW2O8相,降低涂层的热膨胀系数,减少涂层中应力、微裂纹的产生,且其可以与ZrO2结合紧密,在涂层表面形成致密的保护层,阻止氧气的渗入,进一步提高复合涂层的抗烧蚀性能。

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