一、ZrO_2梯度涂层热震的有限元分析（论文文献综述）
林冰涛[1]（2021）在《VW75镁合金等离子喷涂热障涂层工艺优化及失效行为研究》文中指出随着航空航天、武器装备轻量化需求的不断增加,高质量低密度材料的研究开发越发获得重视。镁合金作为最轻的金属结构材料,可以满足上述领域的需求。近年来,镁合金在高端武器装备中的应用逐年增加,应用的领域范围也在不断扩大,但是镁合金因自身不可忽视的缺点,限制了其在相关领域的应用,最为典型的就是常规镁合金耐热性不足的问题。目前来看,添加合适的合金化元素以及进行适当的表面处理是提高合金耐热性最为有效的办法。既有研究表明,陶瓷的导热系数极低,具有很好的耐热性能,而且目前在镁合金表面增加陶瓷层的方法也得到了突破,通常情况下有微弧氧化和等离子喷涂两种方式,由于构层组织和施加方式的不同,使得其应用的场景以及寿命各有不同。目前关于微弧氧化的研究及结果相对较多,被认为是提高镁合金耐腐蚀特性的重要手段,但是由于涂层厚度相对较薄,耐热性能的提升并非最优。相比等离子喷涂的热障涂层,由于具有双层结构,无论从构层本身还是组合方式,对提高耐热性能都具有极大的潜力。VW75镁合金作为具有完全自主知识产权的新型超高强镁合金,越来越多地应用在航空航天、武器装备中,特别是在某些特定的飞行器中。为了能够进一步扩大镁合金的应用范围,提升其在国防军事领域的重要地位。本论文以VW75稀土镁合金为对象,利用科学试验方法,设计正交试验方案,采用等离子喷涂技术在VW75镁合金表面喷涂氧化钇部分稳定的氧化锆（YSZ）粉末并优化工艺参数,以提高材料的抗氧化性能,降低材料的导热性能。通过光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、电化学工作站、风洞试验机等测试手段,研究VW75镁合金表面涂层性能,实现对等离子喷涂的热障涂层的关键性能参数的有效调控,发现热障涂层在制备过程中的失效机理,同时,系统研究热障涂层的耐高温性能、耐腐蚀性能、耐磨损性能、电弧风洞服役性能等,分析热障涂层的失效形式及具体原因,为进一步提升含热障涂层VW75镁合金在航空航天、武器装备中的应用打下坚实的理论基础及获得科学有效的试验数据。选择粒度分布d（0.5）为40-80μm之间纳米颗粒团聚氧化钇部分稳定氧化锆粉末作为等离子喷涂的原料,粒度分布d（0.5）为78.5 μm的NiCrAlY合金粉末作为粘接层材料,采用美国普莱克斯公司生产的大气等离子喷涂系统在VW75镁合金试样表面制备涂层,同时选用瑞士 ABB公司的喷涂机械手操作系统控制涂层喷涂的薄厚统一。采用正交试验方法,以喷涂电流（A）、喷涂距离（mm）、主气流量（SCFH）、辅气流量（SCFH）、喷涂速度（mm/s）以及送粉量（g/min）六个参数作为正交试验的因素构造了六因素五水平正交试验表,用极差分析方法对试验测试结果进行计算和分析,采用加权综合评分的方式对涂层的综合性能进行综合评价,根据综合评分结果分析,确定出上述各个因素对涂层综合性能影响重要程度顺序为:主气流量最大,喷涂电流、喷涂速度、送粉量、辅气流量依次减小,喷涂距离对涂层的综合性能影响最小,优选出了 VW75镁合金表面等离子喷涂ZrO2涂层的最佳工艺参数为:喷涂电流为875 A、喷涂距离为85 mm、主气流量为75 SCFH、辅气流量为45 SCFH、喷涂速度为400mm/s、送粉量为 30 g/min。通过扫描电子显微镜、光学显微镜、电化学分析、3.5 wt.%NaCl浸泡试验、中性盐雾试验等测试方法开展了等离子喷涂、微弧氧化态与原始VW75镁合金的浸泡析氢试验,比较了三种状态合金的自腐蚀电位、自腐蚀电流密度、交流阻抗值和腐蚀速率,发现两种表面处理试样的自腐蚀电位、自腐蚀电流密度、交流阻抗值均远优于原始T5态VW75镁合金,均能在浸泡前期对基体起到很好的保护作用,其中微弧氧化态耐腐蚀性能更佳;等离子喷涂后的样品耐腐蚀性有所改善,但长期腐蚀后结合层与基体界面处发生严重的界面腐蚀,导致涂层脱落失效。对等离子喷涂后合金在盐雾及浸泡试验过程中加速腐蚀的原因进行了讨论,认为陶瓷层在中性盐雾腐蚀过程由前期的膜层腐蚀发展到后期的基体腐蚀,腐蚀介质容易穿过陶瓷层缺陷到达粘接层后贮存,累积后通过腐蚀通道接触到镁合金基体时,在Cl-、Cr3+与Ni+离子的作用下基体严重腐蚀,陶瓷层彻底失效。VW75镁合金在250℃以上使用时仍然存在着不足,为了进一步提高合金的耐热性能,选择VW75-T5态、微弧氧化态以及等离子喷涂态合金,对合金在高温条件下短时服役和长时服役过程的组织进行了系统研究,通过分析三种不同表面状态的合金蠕变断裂机理,探究合金的蠕变机制。对其高温短时断裂性能以及抗热震性能进行了研究,发现在低应力状态下,等离子喷涂后VW75镁合金的最小蠕变速率以及总蠕变量表现最好,在250℃/150MPa时,等离子喷涂后的VW75镁合金在42.8h断裂,蠕变速率高于两外两种状态。在125 MPa时,等离子喷涂后的VW75镁合金在各个温度段均表现出较好的抗蠕变性能。通过线性回归法求解了三种状态合金的蠕变激活能分别是 130.3 kJ/mol、129.8 kJ/mol 以及 118.4 kJ/mol,应力指数 n 分别为 4、3.77 以及4.84,显示合金在250℃时的蠕变机制接近位错攀移机制,涂层的添加抑制了合金的进一步塑性变形,具有保持稳定性的可能。分析了合金的蠕变失效行为,研究了温度、保温时间以及涂层种类三个维度下合金的高温拉伸性能,发现微弧氧化以及等离子喷涂合金的性能波动相对较小,等离子喷涂后,合金的晶粒尺寸长大、基体强化相消失和晶界强化相长大,是合金在短时拉伸过程中性能下降的根本原因。分析了不同类别防护对涂层高温性能的综合影响机理,等离子喷涂涂层在158次热循环后整体剥落,陶瓷层与粘接层中的微裂纹和孔隙尚未发展为宏观裂纹,可以认为各层内部的结合相当致密,涂层质量很高,热障涂层的失效位置发生在镁合金基体与粘接层之间,涂层各层热膨胀性能差异是产生裂纹的重要原因。另外TGO的加厚也是发生剥落的重要原因。通过研究等离子喷涂前后VW75合金的动态摩擦系数及三维磨损形貌,发现等离子喷涂VW75镁合金在室温下其平均摩擦系数为0.247,在100℃下平均摩擦系数为0.784,200℃下平均摩擦系数为0.850,300℃下平均摩擦系数为0.754。而无涂层的VW75镁合金在室温下平均摩擦系数为0.108,在100℃下平均摩擦系数为0.578,200℃下平均摩擦系数为0.621,300℃下平均摩擦系数为0.495,带有涂层的VW75是无涂层VW75镁合金平均摩擦系数的两倍,但是带有涂层的VW75镁合金其在干摩擦磨损试验中,磨损体积少,其耐磨性优于无涂层的VW75镁合金;分析了不同温度下两种合金的摩擦系数变化规律,发现无涂层合金室温下摩擦系数变化不大,随着温度的升高而剧烈波动,而有涂层的VW75镁合金的摩擦系数无波动,摩擦系数都是随着试验的进行逐渐增大;无涂层的VW75镁合金的磨损表面呈现犁沟-山脊交替形貌,温度为200℃时磨痕深度相较于其他温度来说最大,有涂层的VW75镁合金的磨损表面呈现孤岛状突出峰-剥落坑形貌。电弧风洞热试验是检验等离子喷涂VW75镁合金综合性能的最有效办法之一,也是检测最终服役效果的有效手段。风洞试验装置控制不同样品保持相同的总温度、总压以及静温作为气动热输入条件,通过样件背温高低反映不同方案的隔热效果,评价不同合金的阻热性能。风洞试验后,涂层与基体的结合力良好,没有出现鼓包、脱落等现象;VW75镁合金样件内侧金属基体的升温速度由无涂层时的0.8℃/s降低至有涂层时的0.39℃/s,升温速度率降低了约50%。风洞试验结果表明,涂层结合性能良好、阻热效果显着,能满足未来的服役工作环境和工作要求。风洞试验获得了不同状态合金的升温曲线以及升温速率,通过参考CMC模型,构建了结构方程,计算得到热障涂层覆盖的VW75镁合金和ZK60镁合金的导热系数分别为6.44 W/（m·K）和6.84W/（m·K）,前者比后者的导热系数低,与风洞考核试验中的金属基体温升速率有较好的对应关系,验证了导热系数与风洞试验中基体升温速率的关系。
章超,吕金金,白丹,洪建国,韩宏松,张玉文,鲁雄刚[2]（2021）在《高炉风口小套表面防护技术的研究进展》文中研究表明首先分析了高炉风口小套的几种主要的失效形式以及常见的失效位置,简要指出目前紫铜风口小套存在的问题。随后系统综述了风口小套（铜材料）表面防护技术的研究现状,重点介绍了共渗、堆焊和喷涂三大工艺的应用进展。归纳总结了各种工艺的技术原理、防护材料选择以及强化机理。通过对比三大工艺的优缺点得出,堆焊工艺能获得与铜基体呈冶金结合的耐磨防护层,最具应用前景。但是目前的研究主要致力于提高铜表面的硬度和耐磨性,而忽略了防护层对导热性的影响。因此,在风口小套表面研发一种与基体呈冶金结合、工作性能优异、对整体导热系数影响小的梯度涂层,是未来风口小套长寿化的重点研究方向。
杨明[3]（2020）在《低导热超高温热障涂层的制备及其性能研究》文中认为热障涂层是一种沉积在高温合金基底表面,保护基底材料免受高温侵蚀的陶瓷材料。因其良好的耐高温性、较低的热导率、与基底匹配的热膨胀性能而被广泛应用在航空发动机燃烧室等高温部件表面,成为现代航空设备（燃烧室、进气道、尾喷管等）不可取代的隔热材料。目前实际广泛使用的热障涂层是氧化钇部分稳定氧化锆（YSZ）,而YSZ陶瓷材料长时间使用温度不能超过1200℃。在航空、航天领域,随着高超音速飞行器的出现及发展,其高温部件表面温度已经远远超过1200℃,需求接近2300℃,涂层表面温度达到1600℃以上,现有的热障涂层已经不能满足武器型号的超高温需求,必须研制超高温条件下使用的新型低导热系数热障涂层。因此,具有低导热系数、高热膨胀系数、高温相稳定性、低烧结率和耐高温腐蚀性能的新型陶瓷涂层成为研究的重点和热点。本文针对航空事业发展的迫切需求,以综合性能较好的氧化锆为主体材料,通过掺杂稀土元素和非稀土元素构造多元固溶体体系,设计合成新型低导热超高温热障涂层材料 Mo.02Gd0.025Yb0.025Y0.05Zr0.88O1.94（M=Dy、Er、Eu、Sm、Nd）和N0.02Dy0.02Gd0.025Yb0.025Y0.05Zr0.86Ox（N=Ti、Mn、Si、Mg、Cr）。系统研究了热障涂层粉体、涂层的晶型结构和涂层热力学性能,并分析了离子半径和化合价对涂层性能的影响;同时借助现代计算机模拟技术,模拟涂层在烧蚀过程中温度场变化、热应力变化和形变,预测了涂层最容易失效的位置;为进一步提高涂层性能,对涂层孔隙结构进行了设计,改善涂层热应力集中问题,延长热障涂层使用寿命,提高了涂层的隔热性能,降低了到达高温合金基底的温度。具体研究内容和结果如下:（1）二元离子掺杂（La1-xScx）2Zr2O7粉体和涂层制备及其性能研究对热导率较低的La2Zr2O7涂层进行掺杂改性,采用半径较小的近稀土 Sc3+离子进行掺杂,研究了不同含量Sc3+离子掺杂对涂层热力学性能的影响,结果表明,钪离子掺杂能降低锆酸镧涂层的热导率。当Sc3+掺杂量为0.1时,其热导率最低,其中掺杂Sc0.1在1600℃时,涂层热导率比单一 La2Zr2O7涂层的热导率降低8.8%。（2）四元M0.02Gd0.025Yb0.025Y0.05Zr0.88O1.94陶瓷粉体和涂层制备及其性能研究采用高温固相法制备的新型四元M0.02Gd0.025Yb0.025 Y0.05Zr0.88O1.94陶瓷粉体物相单一、晶体结构良好。而且粉体制备工艺简单、产量高、性能稳定,适合规模化批量生产。利用大气等离子喷涂工艺,在高温合金（GH4169）基底的表面先制备厚度约为100μm厚的NiCoCrAlY金属粘结层,最后在粘结层表面制备陶瓷面层。与YSZ涂层进行对比,新型超高温热障涂层的高温抗烧蚀性能更好,热导率更低,可作为未来航空发动机的超高温热障涂层。（3）五元N0.02Dy0.02Gd0.025Yb0.025Y0.05Zr0.86Ox掺杂改性陶瓷粉体和涂层制备及其性能研究针对上述四元稀土氧化锆基热障涂层抗热震性能欠佳的情况,我们利用熔点较低的非稀土氧化物对其进行了进一步的掺杂改性。同时,元素半径差异大能改变平均自由程,增大散射面,增加声子散射,最终降低热导率。通过固相法制备的改性五元陶瓷涂层在保持了四元涂层的优点外,提高了涂层的抗热震性能,同时降低涂层的热导率,特别是在1600℃,其热导率为0.974 W/（m·K）,比传统YSZ（1.749 W/（m·K））涂层热导率降低了 44.3%。因此,改性后的新型热障涂层是航空发动机隔热材料的理想选择。（4）热障涂层孔隙结构设计及其热力学性能研究一方面通过掺杂改性的化学手段对涂层性能进行改进,另一方面在现有涂层的基础上对涂层的物理孔隙结构进行设计。理论计算能以最低的成本和最快的速度优化涂层孔结构,对未来涂层结构的设计优化起到理论指导作用。通过计算发现带有半圆形孔隙结构的涂层具有最小的应变、最佳的隔热性能和最小的热应力。这是首次通过对涂层进行物理孔结构的改进来提升涂层性能的尝试及报道。
贾涵[4]（2020）在《多尺度孔隙结构热障涂层的微观结构及力学性能》文中认为热障涂层应用于燃气轮机、航空发动机等高温部件,需要同时具备高隔热和良好的力学性能。增加涂层的厚度可提高隔热效果,但同时容易积累应力造成涂层失效脱落。孔隙在热喷涂方法制备的热障涂层中较为常见,而封闭的孔隙是热的不良导体,可显着降低热导率,提高隔热性能。较大尺度孔隙的存在,会在一定程度上减小其抵抗变形能力,但同时微小孔隙的存在可在一定程度上缓和热障涂层的应力。因此,本文拟通过在热障涂层中引入纳米至数十微米多尺度分布的孔隙结构,在保证高隔热性能的同时提高其抗变形协调能力,研究多尺寸孔隙结构热障涂层的组织和力学性能的变化。通过陶瓷粉末空心多孔结构的移植和聚乙烯造孔剂的搭配,构建并制备微/纳米多尺度分布的孔隙结构热障涂层。通过扫描电子显微镜和三维X射线扫描技术分析热障涂层中的孔隙结构分布,验证热障涂层孔隙的微/纳米多尺度分布设计。利用Ansys有限元软件,模拟了含微/纳米多尺度孔隙的热障涂层在不同载荷下的纳米压入特性。随载荷增加,弹性模量呈现先增大后降低的情况,硬度值随载荷的增加而减小,与纳米压痕试验结果相比,比较相符。在孔隙模型单元格增加内聚力的基础上,根据Berkovich压头压入过程,模拟了微/纳米尺度孔隙的热障涂层的裂纹萌生和扩展情况。由于孔隙的存在,压头在压入涂层的过程中,随着载荷的加大,超过陶瓷层材料的强度,裂纹萌生,但是由于小尺度孔隙的存在,减少了应力集中现象,将应力分散到各个孔隙中,且由于孔隙数目增多,界面增多,裂纹扩展所需要的能量会在界面处消耗,能量不足以继续扩展,所以裂纹扩展的不多,由于大尺度孔隙是孤立的存在,裂纹扩展的能量慢慢的会被吸收,从而提高其韧性。与断裂韧性试验结果比较吻合。利用纳米压痕方法,研究多尺度孔隙结构热障涂层抵抗变形能力和变形回复特性。研究发现,微纳米孔隙的引入,使得热障涂层陶瓷层在抵抗变形阶段表现出“伪塑性”,在变形恢复阶段出现“伪弹性”,从而增强了微/纳米多尺度热障涂层的抵抗变形和变形恢复能力。与常规等离子喷涂制备的热障涂层相比,纳米/微多尺度孔隙涂层的硬度和模量分别提高了 20.23%和39.16%。通过纳米冲击技术,研究多尺度孔隙热障涂层的变形协调能力。研究发现,微纳米孔隙结构“伪塑性”、“伪弹性”变形的存在,可显着提高微/纳米尺度孔隙的变形协调能力。断裂韧性由常规热喷涂涂层的0.73 MPa·m0.5,提高到1.047 MPa·m0.5,断裂韧性提高30.28%。
庞铭,刘全秀,张啸寒[5]（2020）在《梯度层不同配比对等离子喷涂Mo/8YSZ功能梯度热障涂层残余应力的影响规律研究》文中研究表明传统的金属/陶瓷双层热障涂层因不同涂层热物性参数的差异,易在涂层内部产生过大的残余应力,影响涂层质量及可靠性,而采用梯度结构的热障涂层,可实现涂层厚度方向热物性参数的连续平滑过渡,从而减小涂层间的残余应力,提升涂层的可靠性。梯度层配比不同,将使得涂层残余应力的分布情况及数值大小不同,为了研究不同梯度层配比对Mo/8YSZ功能梯度热障涂层残余应力的影响规律,利用ANSYS有限元分析软件建立了等离子喷涂Mo/8YSZ双层热障涂层及功能梯度热障涂层的数值模型,并在模型中考虑了材料热物性参数随温度变化,对比传统双层热障涂层,分析了不同梯度层配比对喷涂构件残余应力数值大小及分布区域的影响规律。结果表明:在喷涂参数相同的情况下,功能梯度热障涂层系统相比于双层热障涂层系统,径向最大残余拉应力与压应力均增大,轴向最大残余应力减小;伴随着过渡层第一层Mo比例的增加,喷涂构件的最大轴向残余拉应力增大,喷涂构件的最大轴向残余压应力减小;伴随着过渡层第一层Mo含量的增大,基体与涂层界面拉应力的分布区域增大,压应力的分布区域减小;采用功能梯度热障涂层结构,由于缓和了不同种类涂层间热物性参数的差异,可显着改善喷涂构件轴向的应力突变情况。
张盼盼[6]（2019）在《激光仿生耦合改性热障涂层的组织与性能研究》文中指出广泛用于航空发动机叶片上的热障涂层作为一种先进的高温防护涂层,可显着降低涡轮叶片的表面温度,大幅延长叶片的服役寿命,提高发动机的推力和效率。因此,热障涂层与高温结构材料、高效气膜冷却技术并列为先进航空发动机涡轮叶片的三大关键技术。飞机在频繁起飞、续航和降落的循环过程中,发动机叶片将承受高温高速燃气、高应力、交变载荷、外来物冲击和腐蚀介质等多种因素的交互作用,热障涂层极易出现热疲劳剥落、高温氧化、冲蚀和热腐蚀等突出问题,最终使热障涂层过早失效。其中,热疲劳剥落是热障涂层失效的最主要形式,也是大气等离子喷涂制备氧化锆基热障涂层在服役过程中的瓶颈问题。因此,改善等离子喷涂制备热障涂层的抗热疲劳性能成为提高航空发动机叶片服役寿命的首要任务。本文基于自然界生物耦合止裂和抗疲劳功能原理,面向大气等离子喷涂制备的氧化锆基热障涂层,进行了仿生耦合抗热疲劳设计,采用激光表面改性技术在热障涂层表面制备仿生耦合结构,并通过优化激光加工参数、改进后热处理工艺,有效拓展了仿生耦合热障涂层的制备技术;研究了单元体形态耦元和材料耦元对仿生耦合热障涂层性能的影响规律,揭示了激光仿生耦合热障涂层抗热疲劳、抗冲蚀、抗热腐蚀性能的作用机理;在此基础上,采用激光合金化技术进一步强化单元体,显着改善了仿生耦合热障涂层的抗热震性能。主要研究结果如下:（1）形态耦元对仿生耦合热障涂层的性能有显着影响。点状仿生耦合热障涂层的结合强度和抗热震性能最佳,网格状仿生耦合热障涂层的隔热性能和抗固体颗粒冲蚀性能最优。优化单元体间距可进一步提高抗热震性能,单元体间距为3 mm时仿生涂层的抗热震性能更优,其热循环寿命是常规涂层的2.5倍。仿生单元体内微观柱状晶结构和宏观网状裂纹,使得涂层具有较高的应变容限能力,能够释放冷热循环过程中的热应力,降低了裂纹扩展驱动力,从而增强了仿生耦合涂层的热裂纹扩展抗力,提高了涂层的抗热震性能。（2）基于不同的陶瓷层母材,制备获得的仿生耦合热障涂层的性能提高比不同。相同陶瓷层母材下,仿生耦合热障涂层的结合强度、抗热震和抗热腐蚀性能均显着优于常规涂层。通过激光仿生耦合改性,结合强度提高比为CYSZ涂层（16%）>7YSZ涂层（11%）,隔热性能降低比为CYSZ涂层（15%）>7YSZ涂层（12%）,抗热震性能提高比为7YSZ涂层（150%）>CYSZ涂层（26%）,抗热腐蚀性能提高比为CYSZ涂层（13.8%）>7YSZ涂层（8.5%）。（3）利用激光合金化技术制备的组织和材料均不同于陶瓷层母材的仿生单元体,可进一步提升仿生耦合涂层的抗热震效果。含有不同质量分数TiAl3的仿生耦合热障涂层的抗热震性能均显着优于常规涂层,抗热震性能排序依次为10%TiAl3>15%TiAl3>5%TiAl3>20%TiAl3>25%TiAl3。其中,含有10%TiAl3的仿生耦合热障涂层的抗热震性能是常规涂层的3.1倍。在热震试验后期,仿生单元体中的TiAl3在高温下发生氧化反应,实现了裂纹的自愈合,延缓了垂直裂纹与水平裂纹的联接,推迟了涂层的剥落,从而导致抗热震性能进一步提高。（4）仿生耦合热障涂层的冲蚀失效过程主要经历了两个阶段:在冲蚀过程早期,具有孔隙结构的未改性区更易受到冲刷,导致涂层单个扁平粒子的断裂和破碎;在冲蚀过程后期,结构致密且高硬度的仿生单元体逐渐凸出,明显抵御了固体颗粒的冲蚀。仿生耦合热障涂层的冲蚀失效机制是脆性和部分塑性冲蚀。（5）熔盐和氧化锆稳定剂（Y2O3和CeO2）之间的热腐蚀反应,在7YSZ涂层表面形成了YVO4,在CYSZ涂层表面生成了YVO4和CeVO4热腐蚀产物并发生了CeO2的矿化。稳定剂的消耗导致t-ZrO2向有害相m-ZrO2转变。最终,由相变和热腐蚀产物产生的应力以及粘结层的氧化导致7YSZ和CYSZ涂层失效。而仿生单元体的致密结构和更低的表面粗糙度是仿生耦合热障涂层抗热腐蚀性能提高的主要原因。
唐荣荣[7]（2019）在《等离子喷涂8YSZ热障涂层的性能及工艺参数研究》文中研究表明热障涂层（Thermal barrier coatings,TBCS）广泛应用于燃气轮机的动、静叶和航空发动机的涡轮叶片。通过将陶瓷材料涂覆在合金表面,利用陶瓷材料优异的耐高温、低热导率以及耐腐蚀等性能对金属基底进行防护,保障燃气轮机以及航空发动机的热端部件能够可靠运行。本文使用大气等离子喷涂工艺,在Inconel600镍基高温合金表面制备NiCoCrAlY金属粘结层和ZrO2-8%wtY2O3陶瓷层,通过制备涂层金相试样,利用光学显微镜观察分析涂层的截面微观形貌,利用扫描电镜观察分析涂层的表面微观形貌。观察发现涂层表面呈米白色,光滑平整,结构致密,由粉末颗粒熔融堆叠形成,颗粒熔化情况较好,整体呈小颗粒扁平化团聚堆叠形貌,涂层表面存在大量宽度小于1μm的裂纹;涂层的陶瓷层与粘结层、粘结层与金属基体之间的界面处结合都比较好,没有明显的裂纹存在,涂层组织较为致密,可以看出是熔融颗粒扁平化堆叠形成的层状薄片堆积而成,陶瓷层内均匀分布着孔隙。使用维氏显微硬度仪测试涂层的显微硬度,通过热震试验测试涂层的热震性能,通过结合强度试验测试涂层的结合强度,使用X射线应力仪测试涂层表面的残余应力。结果表明通过大气等离子喷涂制备的ZrO2-8%wtY2O3热障涂层具备良好的显微硬度、结合强度以及抗热震性能,并且通过对照试验发现,在试验范围内,涂层的显微硬度随着涂层厚度的增大而减小,涂层的结合强度随着喷涂功率的增大而增大,而涂层表面的残余应力与喷涂电流、氢气流量以及氩气流量密切相关,随着喷涂电流、氢气流量的增大以及氩气流量的减小,涂层表面的残余应力会随之增加。设计正交试验研究热障涂层的陶瓷层厚度和孔隙率与大气等离子喷涂工艺参数之间的关系,研究发现,工艺参数对陶瓷层厚度的影响程度从小到大依次为喷涂距离,氩气流量,电流,氢气流量,在试验范围内,随着电流与氢气流量的增大、氩气流量与喷涂距离的减小,陶瓷层厚度随之增大;工艺参数对陶瓷层孔隙率的影响程度从小到大依次为氩气流量,电流,氢气流量,喷涂距离,在喷涂过程中,当氩气流量从30 slpm/min增加到40 slpm/min时,氢气流量从5 slpm/min增加到10 slpm/min时,孔隙率随之增大;当氩气流量从40 slpm/min增加到50 slpm/min时,氢气流量从10 slpm/min增加到15 slpm/min时,孔隙率随之减小。当喷涂距离从5 mm增加到10 mm时,孔隙率随之减小,当喷涂距离从10 mm增加到15 mm时,孔隙率急剧升高,而随着电流的增大,孔隙率减小。通过ANSYS有限元分析软件,构建热障涂层的有限元模型,模拟涂层的制备过程,分析涂层内残余应力的形成机理和分布情况,结果显示陶瓷层与粘结层的接触界面和粘结层与基体的接触界面应力较为集中,涂层表面的应力集中现象最为严重,当8YSZ热障涂层模型的基体厚度取100μm,粘结层厚度取150μm,陶瓷层厚度取200μm时,涂层表面的最大残余应力达到248 MPa。并且通过对比发现,界面处的残余应力随着涂层厚度的增大而产生变化,涂层表面的残余应力随着涂层厚度的增大而增大。
吕亚忠[8]（2019）在《γ-TiAl表面多弧离子镀NiCr/YSZ涂层工艺及高温腐蚀性能研究》文中指出γ-TiAl金属间化合物具有密度小、比强度和比模量高等特点,优异的力学性能使其成为理想的轻质高温结构材料,应用前景广泛,但是γ-TiAl存在的抗高温氧化性能与耐热腐蚀性能不足等缺陷限制了其应用。基于上述问题,本课题采用多弧离子镀技术在γ-TiAl表面制备NiCr/YSZ涂层,以提高其高温性能并深入探究其高温氧化和热腐蚀机理。对NiCr/YSZ涂层的结构进行有限元优化设计,找到了涂层厚度最优组合为NiCr层5μm,YSZ层10μm。通过改变各工艺参数进行正交试验探索,得到的多弧离子镀膜工艺最佳参数为:偏压-200V,弧电流80A,工作气压0.7Pa,腔室温度400℃。最佳工艺参数下制备的NiCr/YSZ涂层表面平坦致密,存在少量金属颗粒,厚度约15μm,与γ-TiAl基体结合良好。镀NiCr/YSZ涂层的显微硬度平均值为853.4HV0.1,约为γ-TiAl的2.77倍。热震试验表明,热震60次时,由于热震时产生很大的热应力,导致裂纹扩展很快使YSZ涂层边缘开始脱落,涂层抗热震性能较好,涂层结合强度较高。通过恒温氧化试验对比探究γ-TiAl基体、NiCr/YSZ涂层在750℃、850℃和950℃下的抗高温氧化性能。涂层试样在三种温度条件下100h氧化增重分别为7.187mg/cm2、10.572mg/cm2和17.371mg/cm2,对比γ-TiAl基,镀NiCr/YSZ涂层的高温氧化速率降低了约40%。涂层试样在750℃、850℃和950℃三种温度条件下氧化100h后表面氧化物依然是以t相为主的ZrO2,在Y2O3的稳定下,ZrO2没有发生t→m相变。表面Y2O3稳定的ZrO2有效的阻止了氧元素的向内扩散,且粘结层形成的热生长物Cr2O3连续且致密延缓了氧元素的扩散速度,整个复合涂层显着提高了基体的抗高温氧化性能。通过恒温热腐蚀（75%Na2SO4+25%NaCl）试验对比探究γ-TiAl基体、NiCr/YSZ涂层在850℃和950℃下的热腐蚀性能。结果显示,涂层试样在两种温度条件下100h热腐蚀增重分别为70.1mg/cm2和118.2mg/cm2,表面硫化物增加,疏松多孔。850℃条件下高温腐蚀100h后涂层表面氧化产物基本还是以t-ZrO2为主。而在950℃条件下YSZ中主要起稳定剂作用的Y2O3与Na2SO4反应,使Y2O3不断被消耗,出现大量t-ZrO2转变成了m-ZrO2,陶瓷层发生了体积变化产生内应力,出现裂纹扩展及少量剥落。而内部连续致密的TGO有效的阻止了熔盐物质和氧元素的扩散速度,大大提高了热障涂层的抗热腐蚀性能。
陆海峰[9]（2017）在《γ-TiAl合金表面NiCoCrAlY/ZrO2复合镀层高温氧化性能研究及有限元分析》文中研究表明γ-TiAl合金作为一种金属间化合物,具有密度低、比强度高、高温强度和抗蠕变性优异等优点,逐渐成为航空航天、发动机等领域的新兴材料。但γ-TiAl合金的抗高温氧化性能较为不足,不能满足零部件的使用温度,因此其应用受到严重制约。为解决这一问题,本课题以射频溅射和反应溅射技术相结合,在γ-TiAl合金表面制备NiCoCrAlY/ZrO2复合镀层,以期改善其抗高温氧化性能。本课题先采用射频溅射技术在γ-TiAl合金表面制备NiCoCrAlY镀层,其中利用正交方法,分析射频功率、工作气压、极间距和保温时间四个工艺参数对涂层性能的影响,从而得出最佳工艺参数;然后采用反应溅射技术在NiCoCrAlY镀层表面制备ZrO2镀层;最后对复合镀层进行真空扩散退火处理。采用SEM、EDS及XRD等测试手段分析NiCoCrAlY/ZrO2复合镀层的表面及截面形貌、成分组成和相结构,并进行硬度检测、结合力测试及纳米压痕试验。研究NiCoCrAlY/ZrO2复合镀层在不同温度、不同时间下高温氧化行为,分析其氧化机理;进行热-结构耦合有限元分析,得出温度场及热应力分布结果。结果表明:（1）射频溅射制备NiCoCrAlY镀层的最佳工艺参数为:射频功率320W,工作气压0.7Pa,极间距20mm,保温时间4h;反应溅射制备ZrO2镀层的工艺参数为:射频功率230W,工作气压0.5Pa,极间距20mm,保温时间3h,氩气和氧气流量比5:1;真空扩散退火的工艺参数为:加热至1000℃,保温3h。（2）NiCoCrAlY/ZrO2复合镀层致密均匀,总厚度约为60μm,由8μm厚的ZrO2外层、38μm厚的NiCoCrAlY沉积层及14μm厚的NiCoCrAlY扩散层组成。（3）NiCoCrAlY/ZrO2复合镀层的显微硬度达到1176.7HV0.1,较基体相比提高了近4倍;复合镀层的结合力为57.5N,结合强度在38.98MPa40.11MPa之间;复合镀层纳米硬度和弹性模量为13.85GPa和247GPa,分别为基体的1.8倍和1.3倍。（4）在750℃、850℃和950℃氧化时,NiCoCrAlY/ZrO2复合镀层未出现裂纹、剥落的现象,表现出良好的抗高温氧化性;在1050℃氧化时,随着时间的增加,复合镀层产生裂纹,大大降低了复合镀层的抗高温氧化性能。（5）根据温度场分布结果,NiCoCrAlY/ZrO2复合镀层承受着最高温度,有效地降低了γ-TiAl合金基体内温度,起到良好的隔热作用;根据热应力分布可知,随着温度的升高,复合镀层和基体界面间热拉应力不断增大,在1050℃时,热拉应力接近复合镀层结合强度,高温氧化时热应力容易导致复合镀层开裂,破坏其抗高温氧化性。
高宗鸿[10]（2017）在《纤维掺杂改性等离子喷涂热障涂层的性能研究》文中研究说明热障涂层（Thermal Barrier Coatings,TBCs）是为了满足航空航天发展向着高流量比、高推重比发展的需求,利用陶瓷材料的耐高温,低导热率的特点,将陶瓷相与金属基表面复合,提高基体耐高温性能的一种高温防护技术。随着航空航天领域对燃机进口温度不断提高的需求,传统的TBCs材料,氧化钇部分稳定氧化锆（Yttrium partially stabilized zirconia,YSZ）的潜质已被挖掘殆尽,因此,从TBCs的结构设计与材料的革新上来提升TBCs的性能,成为目前燃气轮机的重点发展方向。YSZ纤维具有力学性能优越的特点,虽然纤维增强复合材料的理念很早就被提出并在块体材料中得到了应用,但在TBCs上的应用却鲜有报导;梯度热障涂层作为一种新型的涂层体系,其涂层结构的设计与失效机制的研究还没有得到完善;对于耐高温的新材料如多元稀土共稳定的氧化锆,则普遍存在力学性能差的特点。本研究以上述急待解决的问题为出发点,设计研究了三种不同的TBCs体系,主要探究结构设计与纤维掺杂对其使用寿命与力学性能的影响。在超音速等离子喷涂的镍包铝粘结层中,加入通过化学镀得到表面沉积镍薄膜的YSZ纤维,从而提升了涂层的抗热震性能,涂层的抗热震性能比未添加纤维的涂层提高了 59.4%,其中纤维的主要强化机制为纤维桥联与纤维脱粘。通过对梯度结构设计与纤维掺杂共改性制备涂层的研究中,发现梯度结构能够减轻涂层表面的残余拉应力,使残余应力从拉应力向压应力趋势发展;相反,引入纤维会导致涂层表面残余拉应力增加且向拉应力的趋势发展。此外,梯度设计与纤维掺杂均提高了涂层的抗热震性能,纤维增韧梯度涂层与原始涂层相比,其抗热震性能提高了 80%以上。涂层其性能的提升可以归结为梯度设计降低了涂层在热震时的应力积累速率以及和纤维脱粘、裂纹偏转与纤维断裂机制的共同作用。在以稀土共稳定氧化锆（Rare earth co-stabilized zirconia,CSZ）为顶层,YSZ为过渡层,NiCoCrAlY为粘结层的双陶瓷层中添加纤维,对比单层的CSZ与不添加纤维的CSZ/YSZ双陶瓷层,添加纤维掺杂的CSZ/YSZ双陶瓷层的抗冲蚀性能与抗热震性能均为三者之中的最佳,与原始涂层相比,其涂层抗热震性能提高了 128%。添加纤维并未改变涂层冲蚀的断裂机制,仍然为沿晶断裂。而纤维的添加使得涂层的粘沙量增多,对涂层抗冲蚀性能起到积极作用。在抗热震实验中,双层陶瓷结构解决了 CSZ涂层与粘结层的热物理不匹配性,纤维通过纤维脱粘的方式消耗热震中的断裂功,从而提高了涂层的使用寿命。
二、ZrO_2梯度涂层热震的有限元分析（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、ZrO_2梯度涂层热震的有限元分析（论文提纲范文）
（1）VW75镁合金等离子喷涂热障涂层工艺优化及失效行为研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 常用稀土镁合金 |
| 1.2 热障涂层 |
| 1.2.1 陶瓷层材料 |
| 1.2.2 粘接层材料 |
| 1.3 热障涂层的失效 |
| 1.3.1 TGO的形成和增厚 |
| 1.3.2 涂层中的应力 |
| 1.3.3 陶瓷层的烧结 |
| 1.3.4 裂纹的形成 |
| 1.4 热障涂层寿命的提高 |
| 1.4.1 粘接层成分及工艺优化 |
| 1.4.2 热障涂层结构的改变 |
| 1.5 研究目的及意义 |
| 1.6 研究内容 |
| 2 实验材料及研究方法 |
| 2.1 实验材料 |
| 2.2 技术路线 |
| 2.3 试验方法及设备 |
| 2.3.1 热障涂层制备 |
| 2.3.2 微弧氧化涂层制备 |
| 2.3.3 涂层测试 |
| 3 VW75镁合金等离子喷涂工艺的优化 |
| 3.1 喷涂粉末状态优化 |
| 3.2 等离子喷涂工艺参数优化 |
| 3.2.1 正交试验设计 |
| 3.2.2 正交试验结果测试 |
| 3.2.3 试验数据计算和分析 |
| 3.2.4 最优等离子粉末喷涂工艺参数确定 |
| 3.3 本章结论 |
| 4 不同表面处理VW75镁合金腐蚀行为研究 |
| 4.1 T5态VW75镁合金形貌观察 |
| 4.2 不同表面处理VW75镁合金腐蚀行为 |
| 4.2.1 析氢及失重 |
| 4.2.2 腐蚀机理 |
| 4.3 本章结论 |
| 5 不同表面处理VW75镁合金耐热性能研究 |
| 5.1 不同表面处理VW75镁合金蠕变性能 |
| 5.1.1 不同表面处理VW75镁合金蠕变曲线 |
| 5.1.2 不同表面处理VW75镁合金蠕变机制研究 |
| 5.2 不同表面处理VW75镁合金蠕变断裂 |
| 5.2.1 断裂形态 |
| 5.2.2 蠕变断裂分析 |
| 5.3 不同表面处理VW75镁合金高温拉伸性能 |
| 5.4 等离子喷涂态VW75镁合金热震失效机制 |
| 5.5 本章结论 |
| 6 不同表面处理VW75镁合金耐磨性能研究 |
| 6.1 室温下摩擦磨损性能 |
| 6.2 100℃下摩擦磨损性能 |
| 6.3 200℃下摩擦磨损性能 |
| 6.4 300℃下摩擦磨损性能 |
| 6.5 本章结论 |
| 7 不同镁合金电弧风洞试验考核 |
| 7.1 风洞试验后的外观形貌 |
| 7.2 风洞试验阻热行为分析 |
| 7.3 不同镁合金涂层热传导机理研究 |
| 7.4 本章结论 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的学术成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（2）高炉风口小套表面防护技术的研究进展（论文提纲范文）
| 1 风口小套的失效形式及机理 |
| 2 风口小套表面防护技术的研究进展 |
| 2.1 合金元素共渗 |
| 2.2 堆焊耐磨合金 |
| 2.3 喷涂陶瓷材料 |
| 2.4 三种工艺的对比分析 |
| 3 高炉风口小套长寿化新途径 |
| 4 结语 |
（3）低导热超高温热障涂层的制备及其性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 热障涂层简介 |
| 1.2 热障涂层材料发展历程及现状 |
| 1.2.1 传统热障涂层材料 |
| 1.2.2 新型热障涂层材料 |
| 1.3 热障涂层材料性能 |
| 1.4 粉体和涂层的制备方法 |
| 1.4.1 粉体的制备方法 |
| 1.4.2 涂层的制备方法 |
| 1.5 热障涂层材料热物性能的理论基础 |
| 1.5.1 热导率 |
| 1.5.2 热膨胀 |
| 1.5.3 比热容 |
| 1.6 点缺陷理论 |
| 1.6.1 电子缺陷和带点缺陷 |
| 1.7 热障涂层失效机制 |
| 1.7.1 热障涂层的应力失效分析 |
| 1.7.2 热障涂层的潮解失效分析 |
| 1.7.3 热障涂层的TGO失效分析 |
| 1.7.4 热障涂层的烧结失效分析 |
| 1.8 掺杂理论 |
| 1.9 论文选题依据及研究内容 |
| 第2章 材料制备与性能表征的方法与原理 |
| 2.1 药品信息 |
| 2.2 样品制备 |
| 2.2.1 固相反应法制备粉体 |
| 2.2.2 等离子喷涂制备涂层 |
| 2.3 表征分析技术 |
| 2.3.1 结构表征 |
| 2.3.2 热行为分析 |
| 2.3.3 涂层密度测试 |
| 2.3.4 粉体流动性 |
| 2.3.5 粉体松装密度 |
| 2.3.6 涂层潮解性能 |
| 2.3.7 X射线光电子能谱 |
| 2.3.8 拉曼测试 |
| 2.3.9 涂层强度分析 |
| 2.3.10 涂层高温烧蚀分析 |
| 2.3.11 涂层热震性能测试 |
| 2.3.12 涂层热导率 |
| 2.3.13 涂层热辐射发射率 |
| 第3章 二元离子掺杂氧化锆晶体结构和热物理性能 |
| 3.1 本章引言 |
| 3.2 粉体和涂层的制备及表征 |
| 3.2.1 粉体和涂层相结构 |
| 3.2.2 粉体和涂层微观形貌 |
| 3.2.3 粉体拉曼测试 |
| 3.3 涂层热力学性能表征 |
| 3.3.1 涂层的热导率分析 |
| 3.3.2 涂层的热震性能分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 三价稀土离子掺杂YYbGd晶体结构和热物理性能 |
| 4.1 本章引言 |
| 4.2 粉体制备及表征 |
| 4.2.1 粉体表征 |
| 4.2.2 粉体粒径分析 |
| 4.2.3 粉体流动性和松装密度 |
| 4.2.4 粉体热稳定性 |
| 4.3 涂层制备及性能表征 |
| 4.3.1 烧蚀涂层制备 |
| 4.3.2 涂层微观分析 |
| 4.3.3 拉曼测试 |
| 4.3.4 涂层热导率测试 |
| 4.3.5 涂层热辐射发射率 |
| 4.3.6 涂层隔热效果测试 |
| 4.3.7 涂层热震性能测试 |
| 4.3.8 涂层热冲击性能测试 |
| 4.3.9 涂层结合强度和剪切强度分析 |
| 4.3.10 涂层的潮解性能分析 |
| 4.3.11 涂层耐腐蚀性能分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 非稀土离子掺杂DyZr涂层热物理性能 |
| 5.1 本章引言 |
| 5.2 粉体制备 |
| 5.2.1 粉体表征 |
| 5.3 涂层制备及性能表征 |
| 5.3.1 涂层制备 |
| 5.3.2 涂层微观分析 |
| 5.3.3 拉曼测试 |
| 5.3.4 XPS分析 |
| 5.3.5 涂层热导率分析 |
| 5.3.6 涂层热辐射发射率分析 |
| 5.3.7 涂层的烧蚀性能分析 |
| 5.3.8 涂层的热震性能分析 |
| 5.3.9 涂层耐腐蚀性能分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 孔结构对涂层热物理性能影响 |
| 6.1 本章引言 |
| 6.2 涂层自带孔结构分析 |
| 6.2.1 有限元分析涂层几何模型的建立 |
| 6.2.2 数值模拟理论基础 |
| 6.2.3 数值模拟过程 |
| 6.2.4 自带孔结构涂层应力分析 |
| 6.3 热障涂层喷涂孔结构设计 |
| 6.3.1 模型设计 |
| 6.3.2 边界条件和初始条件 |
| 6.3.3 孔结构涂层热物性分析 |
| 6.4 结论 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 研究展望 |
| 附录——不同元素的XPS特征峰 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（4）多尺度孔隙结构热障涂层的微观结构及力学性能（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 热障涂层研究现状 |
| 1.2.1 热障涂层的概念 |
| 1.2.2 热障涂层的制备方法 |
| 1.2.3 热障涂层的微观结构与涂层力学性能关系 |
| 1.3 力学性能表征技术 |
| 1.3.1 拉伸 |
| 1.3.2 压入 |
| 1.3.3 热震性能 |
| 1.4 力学性能计算模拟 |
| 1.5 研究目的 |
| 1.6 研究内容 |
| 1.7 研究意义 |
| 2 热障涂层多尺度孔隙结构设计、制备及微细结构分析 |
| 2.1 微/纳米尺度孔隙结构热障涂层孔隙结构设计 |
| 2.2 微/纳米尺度孔隙热障涂层子孔隙结构制备 |
| 2.3 微/纳米尺度孔隙热障涂层微细结构分析 |
| 2.4 三维X射线扫描重构分析数据 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 多尺度孔隙结构热障涂层力学性能有限元模拟 |
| 3.1 微/纳米尺度孔隙结构热障涂层几何模型的建立 |
| 3.2 微/纳米尺度孔隙结构热障涂层力学性能模拟 |
| 3.3 裂纹 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 多尺度孔隙结构热障涂层变形特性 |
| 4.1 微/纳米孔隙结构热障涂层压入特性 |
| 4.2 微/纳米尺度孔隙热障涂层抵抗变形特性 |
| 4.3 微/纳米尺度孔隙热障涂层变形恢复特性 |
| 4.4 微/纳米尺度孔隙热障涂层变形特征分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 多尺度孔隙热障涂层交变载荷变形特性 |
| 5.1 微/纳米尺度孔隙热障涂层纳米交变载荷加载回复特性 |
| 5.2 微/纳米尺度孔隙热障涂层纳米交变载荷加载回复机制分析 |
| 5.3 微/纳米尺度孔隙热障涂层断裂韧性 |
| 5.4 微/纳米尺度孔隙热障涂层的增韧机理分析 |
| 5.4.1 微米孔隙增韧机理 |
| 5.4.2 纳米孔隙增韧机理 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及成果 |
| 致谢 |
（5）梯度层不同配比对等离子喷涂Mo/8YSZ功能梯度热障涂层残余应力的影响规律研究（论文提纲范文）
| 1 数值模型的建立 |
| 1.1 物理模型 |
| 1.2 有限元模型 |
| 1.3 有限元计算假设 |
| 1.4 热弹塑性有限元理论 |
| 1.5 功能梯度热障涂层残余应力的构成 |
| 1.6 等离子喷涂功能梯度热障涂层边界条件及初始条件 |
| 1.7 基体与涂层材料的热物性参数 |
| 2 结果与讨论 |
| 3 结 论 |
（6）激光仿生耦合改性热障涂层的组织与性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 热障涂层的研究现状 |
| 1.2.1 热障涂层的结构体系 |
| 1.2.2 热障涂层的材料体系 |
| 1.2.3 热障涂层的制备技术 |
| 1.2.4 热障涂层的失效形式 |
| 1.2.5 改善热障涂层性能的方法与手段 |
| 1.3 生物耦合止裂原理及其仿生抗疲劳设计 |
| 1.3.1 生物耦合止裂功能原理 |
| 1.3.2 多元耦合仿生 |
| 1.3.3 仿生耦合抗热疲劳设计 |
| 1.4 激光仿生耦合改性技术 |
| 1.5 本文的主要研究内容 |
| 第二章 试验材料与研究方法 |
| 2.1 热障涂层仿生结构设计 |
| 2.2 试验材料 |
| 2.2.1 基体材料 |
| 2.2.2 涂层材料 |
| 2.3 热障涂层制备方法 |
| 2.3.1 基体预处理 |
| 2.3.2 粘结层制备 |
| 2.3.3 陶瓷层制备 |
| 2.4 激光仿生耦合改性热障涂层的制备 |
| 2.4.1 激光加工制备系统 |
| 2.4.2 制备的部分激光仿生耦合改性热障涂层 |
| 2.5 涂层组织与性能表征 |
| 2.5.1 显微组织、表面形貌与粗糙度测量 |
| 2.5.2 显微硬度测量 |
| 2.5.3 物相分析 |
| 2.5.4 残余应力测量 |
| 2.5.5 结合强度测试 |
| 2.5.6 隔热性能测试 |
| 2.5.7 热震性能测试 |
| 2.5.8 抗固体颗粒冲蚀性能测试 |
| 2.5.9 抗热腐蚀性能测试 |
| 第三章 仿生耦合热障涂层的工艺参数优化及后热处理 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 激光加工工艺参数优化及分析 |
| 3.2.1 正交试验设计方案 |
| 3.2.2 正交试验结果与分析 |
| 3.2.3 试验因素对单元体宽度及深度的影响规律及分析 |
| 3.2.4 激光加工参数的选择 |
| 3.3 仿生耦合热障涂层的后热处理 |
| 3.3.1 仿生耦合热障涂层的宏观残余应力 |
| 3.3.2 仿生耦合热障涂层的整体去应力退火 |
| 3.3.3 去应力退火对仿生耦合热障涂层残余应力的影响 |
| 3.4 本章小节 |
| 第四章 单元体形态对仿生耦合热障涂层的组织与性能影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 仿生耦合单元体的微观组织与形貌 |
| 4.2.1 表面形貌 |
| 4.2.2 显微组织 |
| 4.2.3 相结构 |
| 4.2.4 显微硬度 |
| 4.3 单元体形状对仿生耦合热障涂层性能的影响 |
| 4.3.1 不同形状仿生单元体的表面形貌与显微组织 |
| 4.3.2 不同单元体形状仿生耦合热障涂层的结合强度 |
| 4.3.3 不同单元体形状仿生耦合热障涂层的隔热性能 |
| 4.3.4 不同单元体形状仿生耦合热障涂层的抗热震性能 |
| 4.3.5 不同单元体形状仿生耦合热障涂层的抗固体颗粒冲蚀性能 |
| 4.4 单元体间距对仿生耦合热障涂层性能的影响规律研究 |
| 4.4.1 不同单元体间距仿生耦合热障涂层的隔热性能 |
| 4.4.2 不同单元体间距仿生耦合热障涂层的抗热震性能 |
| 4.5 本章小节 |
| 第五章 陶瓷层母材对仿生耦合热障涂层的组织与性能影响 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 陶瓷层材料及其影响规律 |
| 5.2.1 不同陶瓷层母体材料的显微组织 |
| 5.2.2 陶瓷层母体材料对单元体表面形貌与显微组织的影响 |
| 5.3 陶瓷层材料对仿生耦合热障涂层性能的影响 |
| 5.3.1 对仿生耦合热障涂层结合强度的影响及分析 |
| 5.3.2 对仿生耦合热障涂层隔热性能的影响及分析 |
| 5.3.3 对仿生耦合热障涂层抗热震性能的影响及分析 |
| 5.3.4 对仿生耦合热障涂层抗热腐蚀性能的影响及分析 |
| 5.4 本章小节 |
| 第六章 单元体材料对仿生耦合热障涂层的组织与性能影响 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 不同Ti Al3含量仿生单元体的微观组织与形貌 |
| 6.2.1 表面形貌 |
| 6.2.2 显微组织 |
| 6.2.3 相结构分析 |
| 6.3 单元体材料对仿生耦合热障涂层抗热震性能的影响 |
| 6.4 本章小节 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介及在学期间所取得的科研成果 |
| 致谢 |
（7）等离子喷涂8YSZ热障涂层的性能及工艺参数研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 热障涂层概述 |
| 1.2 热障涂层结构 |
| 1.2.1 双层结构热障涂层 |
| 1.2.2 功能梯度结构热障涂层 |
| 1.2.3 多层复合结构热障涂层 |
| 1.3 热障涂层材料 |
| 1.3.1 陶瓷层材料 |
| 1.3.2 粘结层材料 |
| 1.4 热障涂层的制备方法 |
| 1.4.1 等离子喷涂 |
| 1.4.2 等离子喷涂的工艺参数 |
| 1.4.3 电子束物理气相沉积 |
| 1.4.4 激光熔覆技术 |
| 1.5 热障涂层的失效机理 |
| 1.5.1 应力引起的涂层失效 |
| 1.5.2 热生长氧化物(TGO)引起的涂层失效 |
| 1.5.3 孔隙和孤岛引起的涂层失效 |
| 1.6 主要研究内容 |
| 第二章 试验材料、设备和方法 |
| 2.1 试验材料和设备 |
| 2.1.1 基体材料 |
| 2.1.2 涂层材料 |
| 2.1.3 试验设备 |
| 2.2 试验方案 |
| 2.2.1 喷涂工艺参数的选择 |
| 2.2.2 正交试验设计 |
| 2.3 样品制备 |
| 2.3.1 基体预处理 |
| 2.3.2 涂层样品制备 |
| 2.3.3 金相试样制备 |
| 2.4 涂层组织分析方法 |
| 2.4.1 陶瓷层厚度和孔隙率的测量 |
| 2.4.2 涂层微观形貌的观察 |
| 2.4.3 涂层表面残余应力测试 |
| 2.4.4 涂层显微硬度的测试 |
| 2.4.5 涂层热震性能的测试 |
| 2.4.6 涂层结合强度测试 |
| 第三章 8YSZ热障涂层性能分析 |
| 3.1 8YSZ热障涂层结构和形貌分析 |
| 3.1.1 8YSZ热障涂层结构分析 |
| 3.1.2 8YSZ热障涂层表面形貌分析 |
| 3.1.3 8YSZ陶瓷层截面形貌分析 |
| 3.2 8YSZ热障涂层的显微硬度分析 |
| 3.3 8YSZ热障涂层的抗热震性能分析 |
| 3.4 8YSZ热障涂层的结合强度分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 工艺参数对陶瓷层性能的影响规律 |
| 4.1 正交试验结果处理 |
| 4.2 陶瓷层厚度分析 |
| 4.3 陶瓷层孔隙率分析 |
| 4.4 陶瓷层残余应力分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 8YSZ热障涂层表面残余应力模拟分析 |
| 5.1 热障涂层残余应力的来源 |
| 5.2 残余应力有限元分析的基本原理 |
| 5.3 有限元分析建模 |
| 5.3.1 有限元建模 |
| 5.3.2 基本假设 |
| 5.4 模拟结果分析 |
| 5.4.1 涂层系统应变与应力分析 |
| 5.4.2 界面应力随涂层厚度变化分析 |
| 5.4.3 表面应力随涂层厚度变化分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文和专利 |
（8）γ-TiAl表面多弧离子镀NiCr/YSZ涂层工艺及高温腐蚀性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 金属间化合物概述 |
| 1.2 TiAl基合金概述 |
| 1.2.1 γ-TiAl合金的特性 |
| 1.2.2 γ-TiAl合金的研究进展 |
| 1.2.3 γ-TiAl的应用及存在问题 |
| 1.3 合金高温防护涂层及制备技术 |
| 1.3.1 合金高温防护涂层简介 |
| 1.3.2 热障涂层制备技术简介 |
| 1.4 多弧离子镀高温防护涂层研究进展 |
| 1.4.1 γ-TiAl表面多弧离子镀单元素涂层 |
| 1.4.2 γ-TiAl表面多弧离子镀合金涂层 |
| 1.4.3 γ-TiAl表面多弧离子镀复合涂层 |
| 1.5 课题的提出和可行性分析 |
| 1.5.1 课题的提出 |
| 1.5.2 可行性分析 |
| 1.5.3 课题的研究内容 |
| 1.5.4 技术路线图 |
| 第二章 试验材料及方法 |
| 2.1 涂层制备方法 |
| 2.1.1 试验材料 |
| 2.1.2 制备方法 |
| 2.2 涂层形貌组织及力学性能表征 |
| 2.3 恒温氧化试验方案 |
| 2.3.1 氧化试验方法 |
| 2.3.2 氧化试样的检测与分析 |
| 2.4 热腐蚀实验方案 |
| 2.4.1 热腐蚀试验方法 |
| 2.4.2 热腐蚀试验的检测与分析 |
| 第三章 γ-TiAl表面多弧离子镀NiCr/YSZ工艺研究 |
| 3.1 NiCr/YSZ涂层结构设计 |
| 3.2 多弧离子镀NiCr/YSZ涂层工艺参数优化 |
| 3.2.1 基体负偏压的影响 |
| 3.2.2 弧电流的影响 |
| 3.2.3 工作气压的影响 |
| 3.2.4 温度的影响 |
| 3.2.5 其他影响因素 |
| 3.2.6 最佳工艺参数 |
| 3.3 NiCr/YSZ涂层的形貌与成分分析 |
| 3.3.1 NiCr/YSZ涂层的表面形貌与成分分析 |
| 3.3.2 NiCr/YSZ涂层的截面形貌与成分分析 |
| 3.3.3 XRD分析 |
| 3.4 NiCr/YSZ涂层力学性能测试 |
| 3.4.1 显微硬度 |
| 3.4.2 纳米压痕 |
| 3.4.3 涂层结合强度分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 NiCr/YSZ涂层的高温氧化行为研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 750℃氧化实验结果与分析 |
| 4.2.1 氧化动力学曲线 |
| 4.2.2 氧化试样表面形貌分析 |
| 4.2.3 氧化试样的截面形貌分析 |
| 4.2.4 表面氧化产物分析 |
| 4.3 850℃氧化实验结果与分析 |
| 4.3.1 氧化动力学曲线 |
| 4.3.2 氧化试样的表面形貌分析 |
| 4.3.3 氧化试样的截面形貌分析 |
| 4.3.4 表面氧化产物分析 |
| 4.4 950℃氧化实验结果与分析 |
| 4.4.1 氧化动力学曲线 |
| 4.4.2 氧化试样的表面形貌分析 |
| 4.4.3 氧化试样的截面形貌分析 |
| 4.4.4 表面氧化产物分析 |
| 4.5 NiCr/YSZ涂层氧化机理分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 NiCr/YSZ涂层的热腐蚀行为研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 850℃热腐蚀实验结果与分析 |
| 5.2.1 热腐蚀动力学曲线 |
| 5.2.2 热腐蚀试样表面形貌分析 |
| 5.2.3 热腐蚀试样截面形貌分析 |
| 5.2.4 热腐蚀产物分析 |
| 5.3 950℃热腐蚀实验结果与分析 |
| 5.3.1 热腐蚀动力学曲线 |
| 5.3.2 热腐蚀试样表面形貌分析 |
| 5.3.3 热腐蚀试样截面形貌分析 |
| 5.3.4 热腐蚀产物分析 |
| 5.4 NiCr/YSZ涂层热腐蚀机理分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
（9）γ-TiAl合金表面NiCoCrAlY/ZrO2复合镀层高温氧化性能研究及有限元分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题背景及意义 |
| 1.2 金属间化合物 |
| 1.2.1 TiAl合金的特点及应用 |
| 1.2.2 TiAl合金应用存在的主要问题 |
| 1.3 研究现状 |
| 1.3.1 整体合金化 |
| 1.3.2 表面改性 |
| 1.3.3 高温防护涂层 |
| 1.4 课题的提出与研究内容 |
| 1.4.1 课题的提出 |
| 1.4.2 可行性分析 |
| 1.4.3 研究内容 |
| 1.4.4 技术路线 |
| 第二章 实验材料、设备及方法 |
| 2.1 实验材料 |
| 2.2 实验设备 |
| 2.3 复合镀层性能测试与表征 |
| 2.3.1 复合镀层表面形貌及结构分析 |
| 2.3.2 复合镀层厚度测试 |
| 2.3.3 复合镀层显微硬度测试 |
| 2.3.4 复合镀层纳米压痕测试 |
| 2.3.5 复合镀层结合力测试 |
| 2.4 复合镀层高温氧化试验 |
| 2.4.1 试验方法 |
| 2.4.2 试验过程 |
| 2.5 复合镀层有限元分析 |
| 第三章 NiCoCrAlY/ZrO_2复合镀层工艺参数研究 |
| 3.1 射频溅射镀NiCoCrAlY工艺研究 |
| 3.1.1 工艺参数选择 |
| 3.1.2 工艺参数选择 |
| 3.1.3 NiCoCrAlY镀层截面形貌和成分分析 |
| 3.1.4 NiCoCrAlY镀层结合力分析 |
| 3.1.5 NiCoCrAlY镀层最佳工艺参数分析 |
| 3.2 反应溅射镀ZrO_2工艺研究 |
| 3.3 NiCoCrAlY/ZrO_2复合镀层真空退火工艺研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 NiCoCrAlY/ZrO_2复合镀层组织结构及力学性能分析 |
| 4.1 NiCoCrAlY/ZrO_2复合镀层表面形貌与成分分析 |
| 4.2 NiCoCrAlY/ZrO_2复合镀层截面形貌与成分分析 |
| 4.3 NiCoCrAlY/ZrO_2复合镀层表面相结构 |
| 4.4 NiCoCrAlY/ZrO_2复合镀层显微硬度 |
| 4.4.1 NiCoCrAlY/ZrO_2复合镀层表面显微硬度测试 |
| 4.4.2 NiCoCrAlY/ZrO_2复合镀层截面显微硬度测试 |
| 4.5 NiCoCrAlY/ZrO_2复合镀层结合力测试 |
| 4.5.1 划痕法 |
| 4.5.2 拉伸法 |
| 4.6 NiCoCrAlY/ZrO_2复合镀层纳米压痕测试 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 NiCoCrAlY/ZrO_2复合镀层高温氧化行为研究 |
| 5.1 温度对NiCoCrAlY/ZrO_2复合镀层高温氧化行为影响 |
| 5.1.1 750℃下高温氧化试验研究 |
| 5.1.2 850℃下高温氧化试验研究 |
| 5.1.3 950℃下高温氧化试验研究 |
| 5.2 1050℃下时间对NiCoCrAlY/ZrO_2复合镀层高温氧化行为影响 |
| 5.2.1 氧化表面XRD分析 |
| 5.2.2 氧化表面形貌及成分分析 |
| 5.2.3 氧化截面形貌及成分分析 |
| 5.3 氧化机理分析 |
| 5.3.1 γ-TiAl合金基体氧化机理分析 |
| 5.3.2 NiCoCrAlY/ZrO_2复合镀层氧化机理分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 NiCoCrAlY/ZrO_2复合镀层有限元分析 |
| 6.1 NiCoCrAlY/ZrO_2复合镀层模型建立 |
| 6.2 NiCoCrAlY/ZrO_2复合镀层模型网格划分 |
| 6.3 NiCoCrAlY/ZrO_2复合镀层基本方程 |
| 6.3.1 温度场模拟基本导热方程 |
| 6.3.2 应力场模拟基本导热方程 |
| 6.4 NiCoCrAlY/ZrO_2复合镀层初始条件和边界条件 |
| 6.4.1 温度场模拟初始条件和边界条件 |
| 6.4.2 应力场模拟初始条件和边界条件 |
| 6.5 NiCoCrAlY/ZrO_2复合镀层材料性能 |
| 6.6 NiCoCrAlY/ZrO_2复合镀层温度场模拟结果分析 |
| 6.6.1 750℃下温度场模拟结果分析 |
| 6.6.2 850℃下温度场模拟结果分析 |
| 6.6.3 950℃下温度场模拟结果分析 |
| 6.6.4 1050℃下温度场模拟结果分析 |
| 6.7 NiCoCrAlY/ZrO_2复合镀层应力场模拟结果分析 |
| 6.8 本章小结 |
| 第七章 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间研究成果及发表的学术论文 |
（10）纤维掺杂改性等离子喷涂热障涂层的性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 热障涂层材料 |
| 1.3 热障涂层制备方法 |
| 1.3.1 大气等离子喷涂 |
| 1.3.2 电子束物理气相沉积 |
| 1.3.3 液相等离子喷涂 |
| 1.3.4 等离子物理气相沉积 |
| 1.4 热障涂层结构 |
| 1.4.1 传统热障涂层结构 |
| 1.4.2 新型热障涂层结构 |
| 1.5 热障涂层的失效机理与寿命预测 |
| 1.5.1 热障涂层失效机理 |
| 1.5.2 热障涂层的寿命预测 |
| 1.6 论文的选题依据及研究内容 |
| 第2章 实验步骤与研究方法 |
| 2.1 实验材料 |
| 2.1.1 陶瓷层材料 |
| 2.1.2 粘结层与基体材料 |
| 2.1.3 YSZ纤维 |
| 2.2 涂层方案设计及制备方法 |
| 2.3 测试方法 |
| 2.3.1 涂层微观形貌及物相分析 |
| 2.3.2 涂层孔隙率测试 |
| 2.3.3 涂层抗热震性能测试 |
| 2.3.4 涂层的抗冲蚀性能测试 |
| 2.3.5 涂层的表面残余应力测试 |
| 2.3.6 涂层结合强度测试 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 纤维掺杂改性热障涂层性能研究 |
| 3.1 化学镀纤维掺杂改性热障涂层粘结层 |
| 3.1.1 化学镀纤维的影响因素 |
| 3.1.2 化学镀纤维与涂层的表征 |
| 3.1.3 化学镀纤维掺杂改性热障涂层的形貌相组成与成分 |
| 3.1.4 化学镀纤维掺杂改性热障涂层的抗热震性能测试 |
| 3.1.5 化学镀纤维掺杂改性对热障涂层性能的强化机制 |
| 3.2 纤维增韧梯度热障涂层 |
| 3.2.1 纤维增韧梯度热障涂层的形貌相组成与成分 |
| 3.2.2 纤维增韧梯度热障涂层的残余应力测试 |
| 3.2.3 纤维增韧梯度热障涂层的抗热震性能测试 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 双陶瓷纤维改性涂层的性能研究 |
| 4.1 双陶瓷纤维改性涂层概述 |
| 4.2 双陶瓷纤维改性涂层的形貌与成分分析 |
| 4.2.1 双陶瓷纤维改性涂层的形貌分析 |
| 4.2.2 双陶瓷纤维改性涂层的成分分析 |
| 4.3 双陶瓷纤维改性涂层的力学性能 |
| 4.3.1 双陶瓷纤维改性涂层的残余应力与涂层结合力测试 |
| 4.3.2 双陶瓷纤维改性涂层的抗冲蚀实验研究 |
| 4.4 双陶瓷纤维改性涂层的抗热震性能测试 |
| 4.4.1 双陶瓷纤维改性涂层的热震行为 |
| 4.4.2 双陶瓷纤维改性涂层热震中的现象分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 结论 |
| 5.1 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间主要的研究成果 |
| 致谢 |
四、ZrO_2梯度涂层热震的有限元分析（论文参考文献）
- [1]VW75镁合金等离子喷涂热障涂层工艺优化及失效行为研究[D]. 林冰涛. 北京有色金属研究总院, 2021(01)
- [2]高炉风口小套表面防护技术的研究进展[J]. 章超,吕金金,白丹,洪建国,韩宏松,张玉文,鲁雄刚. 表面技术, 2021(04)
- [3]低导热超高温热障涂层的制备及其性能研究[D]. 杨明. 中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所), 2020(01)
- [4]多尺度孔隙结构热障涂层的微观结构及力学性能[D]. 贾涵. 西安工业大学, 2020(04)
- [5]梯度层不同配比对等离子喷涂Mo/8YSZ功能梯度热障涂层残余应力的影响规律研究[J]. 庞铭,刘全秀,张啸寒. 中国稀土学报, 2020(05)
- [6]激光仿生耦合改性热障涂层的组织与性能研究[D]. 张盼盼. 吉林大学, 2019(02)
- [7]等离子喷涂8YSZ热障涂层的性能及工艺参数研究[D]. 唐荣荣. 江苏大学, 2019(02)
- [8]γ-TiAl表面多弧离子镀NiCr/YSZ涂层工艺及高温腐蚀性能研究[D]. 吕亚忠. 南京航空航天大学, 2019(02)
- [9]γ-TiAl合金表面NiCoCrAlY/ZrO2复合镀层高温氧化性能研究及有限元分析[D]. 陆海峰. 南京航空航天大学, 2017(03)
- [10]纤维掺杂改性等离子喷涂热障涂层的性能研究[D]. 高宗鸿. 哈尔滨工程大学, 2017(06)