熔融硅酸盐引起的热障涂层屈曲失效机制及孔洞填充行为研究

发布时间：2024-03-10 20:39

　　热障涂层(thermal barrier coatings TBCs)可以保护燃气轮机内部位于热区的金属部件免受高温气体的破坏。然而燃气轮机在服役过程中有时会将成分为钙-镁-铝-硅酸盐(calcium-magnesium-alumino-silicates,CMAS)的碎屑吸入到发动机内部,其中一部分碎屑会沉积在热障涂层表面,这些硅酸盐沉积物会在高温下熔化然后渗入到涂层内部进而对涂层进行腐蚀。尽管对CMAS腐蚀退化机理已经开展了大量研究,但对于有些退化机理的理解仍然还不足,例如大气等离子喷涂(air plasma spray,APS)热障涂层在CMAS腐蚀后出现的屈曲(buckling)失效现象。此外,尽管已经提出了很多解决CMAS问题的策略,但到目前为止,还没有一种方案既可解决CMAS腐蚀问题又可满足热障涂层的性能要求,因此有必要继续研发新的抗CMAS策略。本文首先研究了大气等离子喷涂热障涂层因CMAS腐蚀导致的屈曲失效机制,然后研究了氧化钇稳定氧化锆(yttria stabilized zirconia,YSZ)块体材料和典型的大气等离子喷涂热障涂层内的孔洞在CMAS腐蚀过程中的孔...

【文章页数】：161 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.1燃气轮机、被热障涂层覆盖的叶片及典型热障涂层系统的横截面扫描电子显微镜（scanningelectronmicroscopy,SEM）图像[2]

上海交通大学博士学位论文第一章绪论3后续部分将先介绍热障涂层系统，包括涂层的组成、常用的制备技术及主要的失效机制；然后介绍热障涂层的CMAS腐蚀现象及一些防护方法；最后介绍选题的意义及主要研究内容。1.2热障涂层1.2.1热障涂层的组成如图1.1[2]所示，传统的热障涂层通常由四....

图1.2（a）电子束物理气相沉积热障涂层和（b）大气等离子喷涂热障涂层的横截面SEM图

上海交通大学博士学位论文第一章绪论8图1.2（a）电子束物理气相沉积热障涂层和（b）大气等离子喷涂热障涂层的横截面SEM图Figure1.2Cross-sectionalSEMimagesshowingthetypicalmicrostructuresof(a)anEBPVDTB....

图1.3横截面SEM图：（a）致密的CMAS层[18]，（b）多孔的CMAS层[7]

上海交通大学博士学位论文第一章绪论14除了对热障涂层的退化有影响，CMAS的沉积会堵塞冷却孔[73]，这可能引起局部温度过高进而导致涂层过早失效；这里需要注意的是，堵塞冷却孔的问题不能通过提高热障涂层的性能来解决，因此需要其他方案。1.3.4.3沉积物的结构对发动机上取出下来的退....

图1.4液体含量-温度平衡图：（a）火山灰[75]，（b）沙子和尘土[75,92]，（c）不含NaO0.5和KO0.5的碎屑Figure1.4Equilibriumliquidcontentasafunctionoftemperaturefor(a)volcanicashes[75],(b)

上海交通大学博士学位论文第一章绪论1.3.5CMAS沉积物的熔化行为在CMAS碎屑沉积到热障涂层表面后，如果涂层表面的温度超过沉积物的熔点，这些沉....

本文编号：3925285