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电泳沉积热障复合涂层组织与性能的研究

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第一章 绪 论

1.1 选题的来源背景和意义

1.2 热障涂层结构体系

1.3 热障涂层材料

1.4 热障涂层的主要制备方法

1.5 电泳沉积技术(Electrophoretic Deposition)

1.6 热障涂层的失效分析

1.7 本课题研究的主要内容

第二章 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验设备

2.3 实验设计及方法

2.4 试样制备

2.5 组织结构分析及性能测试

第三章 稀土Gd2O3掺杂ZrO2热障涂层组织与性能的研究

引言

3.1 电泳沉积Gd2O3-Y2O3-ZrO2复合涂层中结构演化

3.2 电泳沉积Gd2O3-Y2O3-ZrO2复合涂层中显微组织及分析

3.3 Gd2O3-Y2O3-ZrO2复合涂层的抗高温氧化性

3.4 Gd2O3-Y2O3-ZrO2复合涂层的结合强度

3.4 本章小结

第四章 Ni,Al掺杂YSZ热障复合涂层组织与性能的研究

引言

4.1 电泳沉积YSZ/(Ni,Al)复合涂层物相及组织分析

4.2 YSZ/(Ni,Al)复合涂层的抗高温氧化性能

4.3 YSZ/(Ni,Al)复合涂层的结合强度

4.4 本章小结

第五章 基体塑性变形对YSZ/(Ni,Al)涂层组织与性能的影响

5.1 塑性变形后YSZ/(Ni,Al)复合涂层中的物相及组织分析

5.2 塑性变形后YSZ/(Ni,Al)复合涂层的性能

5.3 结果讨论

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果

致谢

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摘要

本文采用电泳沉积技术在Inconel600高温合金基体表面制备氧化钇稳定氧化锆(YSZ)的热障复合涂层,主要研究了不同浓度稀土氧化钆和金属粉末Ni,Al元素的掺杂对复合涂层的抗高温氧化性能和结合强度的影响。另外还研究了对基体表面进行塑性变形后,YSZ/(Ni,Al)复合涂层中各元素的扩散规律以及对复合涂层的性能影响。
  研究结果表明,掺杂2-4 mol%氧化钆后,Gd2O3-Y2O3-ZrO2复合涂层在真空(<10-3 Pa)烧结2 h后的主要物相为(c,m)-ZrO2和Gd2Zr2O7,在1100℃大气中循环氧化100 h后涂层中的主要物相为(c,t,m)-ZrO2,而Gd2Zr2O7相消失并且m相随Gd2O3浓度的增加而增加。与未掺杂Gd2O3的YSZ涂层相比,在YSZ涂层中添加Gd可以显著地抑制晶粒的生长,有效提高了复合涂层抗高温氧化性能。
  在YSZ涂层中添加Ni,Al合金粉末后通过电泳沉积的方法在1100℃下真空烧结2 h形成YSZ/(Ni,Al)复合涂层,复合涂层主要由(c,t)-ZrO2和AlNi3相组成,复合涂层在高温氧化过程中有Al2O3和NiAl2O4相生成,其中Al2O3相的形成有助于提高高温合金的抗氧化性能,NiAl2O4相的生成使涂层在氧化过程中表现出自愈合性能。另外,研究发现Cr元素从基体外扩散在涂层/基体界面处富集,有效的提高涂层的结合强度。与YSZ涂层的结合强度相比,YSZ/(Ni,Al)复合涂层的结合强度从3.5 N提高到4.4 N。
  与未塑性变形的基体相比,对基体塑性变形后,YSZ/(Ni,Al)复合涂层真空烧结后AlNi3物相的质量分数由5.42%降低到2.39%,涂层表面更致密、无明显的裂纹。研究结果表明,Cr在涂层/基体界面处富集的数量增加,Ni元素富集于Cr界面处。与未塑性变形的基体相比,基体塑性变形后的复合涂层的抗高温氧化性能与结合强度显著提高。

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