激光直接沉积制备的网状结构热障涂层抗热震性能分析及优化
发布时间：2022-02-25 04:18
热障涂层是一层沉积在发动机涡轮叶片上能够起到耐高温、耐腐蚀、耐磨损的陶瓷层。但由于热障涂层与叶片高温合金基体的热物性相差大,在服役中易产生较大热应力使得涂层发生剥落。为了提高热障涂层使用寿命,进一步了解热障涂层的失效机理,本文利用激光快速成型技术在高温合金基体上制备粘结层和网状衬垫,等离子喷涂技术制备陶瓷涂层,制成传统热障涂层和不同形状、不同尺寸的具有网状衬垫的热障涂层样品,通过热震实验分析探究网状衬垫结构热障涂层的失效机理。之后,本文又通过有限元数值模拟,分析了热不同尺寸网状衬垫结构对热障涂层应力分布的影响及网状衬垫结构对垂直裂纹和横向裂纹在热障涂层中扩展的影响,并最终得到以下结论:1.网状衬垫结构改变了热障涂层内的应力分布,减小了热障涂层在边缘处保温阶段垂直方向的拉应力集中和减少了保温阶段水平方向的压应力集中,从而提高了涂层的抗热震性能;2.衬垫棱宽、棱间距的增加会增加热障涂层边缘处垂直方向的拉应力集中,不利于提高热震性能。四边形网状衬垫对提高热障涂层抗热震性能效果最佳,可能是垫棱间距最短、陶瓷层与粘结层接触面积大、以及棱与棱外角大等因素综合作用的结果。3.衬垫棱对垂直裂纹的扩展有...
【文章来源】：南京理工大学江苏省211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1. 绪论
1.1 热障涂层的发展概述
1.2 热障涂层体系
1.2.1 热障涂层的结构
1.2.2 热障涂层的材料
1.2.3 热障涂层的制备方法
1.3 热障涂层的失效
1.4 热障涂层性能的评价方法
1.5 有限元数值模拟
1.6 研究现状及问题
1.7 本课题研究意义和内容
2. 网状结构对热障涂层应力分布的影响
2.1 传统热障涂层及含网状结构热障涂层的制备
2.1.1 热障涂层结构
2.1.2 实验材料
2.1.3 热障涂层的制备
2.2 热障涂层的抗热震性能检测及分析
2.3 热障涂层抗热震性的有限元模拟
2.3.1 热障涂层经历热震过程的数学模型
2.3.2 传统两层结构热障涂层内的应力分布
2.3.3 具有网格衬垫热障涂层内的应力分布
2.4 两种结构涂层应力分布及失效过程的比较
2.5 小结
3 网格的形状、尺寸对热障涂层抗热震性能的影响
3.1 不同网状衬垫结构热障涂层的尺寸设计及制备
3.2 不同衬垫热障涂层的抗热震性能检测与分析
3.2.1 网状衬垫棱间距对热障涂层抗热震性能的影响
3.2.2 粘结层与陶瓷层接触面积对热障涂层抗热震性能的影响
3.2.3 网状衬垫棱与棱夹角对热障涂层抗热震性能的影响
3.3 不同尺寸网状衬垫结构热障涂层的有限元模拟
3.3.1 热障涂层模型及边界条件
3.3.2 模拟结果与分析
3.4 边缘处无衬垫的含网状衬垫热障涂层的有限元模拟
3.4.1 边缘处无衬垫的含网状衬垫热障涂层模型及边界条件
3.4.2 模拟结果与分析
3.5 小结
4. 预制裂纹对热障涂层抗热震性能影响的数值模拟
4.1 有垂直裂纹的热障涂层在热震条件下的数值模拟
4.1.1 热障涂层模型及边界条件
4.1.2 模拟结果与分析
4.2 有横向裂纹的热障涂层在热震条件下的数值模拟
4.2.1 热障涂层模型及边界条件
4.2.2 模拟结果与分析
4.3 小结
5. 结论与展望
5.1 总结
5.2 展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光熔覆再制造复杂轴类零件的轨迹规划[J]. 黄勇,孙文磊,陈影. 红外与激光工程. 2017(05)
[2]半导体激光熔覆CoCrTaAlY涂层结构特征的研究[J]. 窦俊雅,刘光华,庞铭,雷剑波,周圣丰. 应用激光. 2017(01)
[3]激光熔覆高硬度铁基涂层枝晶间残余奥氏体相特征[J]. 李林起,姚成武,黄坚,冯凯,李铸国. 中国激光. 2017(03)
[4]先进航空发动机热障涂层技术研究进展[J]. 薛庆曾. 黑龙江科技信息. 2016(16)
[5]影响热障涂层失效因素的研究现状及展望[J]. 周会会,宋鹏,廖红星,臧俊杰,黄太红,陆建生. 材料导报. 2016(07)
[6]等离子喷涂热障涂层中应力分布的有限元模拟[J]. 郑允宅,朱建峰,曹萍丽,李强. 机械工程材料. 2015(09)
[7]新型热障涂层研究现状及发展趋势[J]. 吕艳红,张启富. 粉末冶金工业. 2015(01)
[8]螺纹铆钉铆接成形过程仿真分析[J]. 庄水,赵华. 应用数学和力学. 2014(S1)
[9]基于柱状结构的热障涂层隔热性能数值研究[J]. 凌锡祥,王玉璋,王星. 航空材料学报. 2014(05)
[10]热障涂层材料及其制备技术的研究进展[J]. 张天佑,吴超,熊征,周圣丰. 激光与光电子学进展. 2014(03)
博士论文
[1]热喷涂热障涂层的界面化合物组成控制及其高温失效机理研究[D]. 韩玉君.天津大学 2013
[2]热障涂层涡轮叶片失效的有限元模拟[D]. 刘奇星.湘潭大学 2012
[3]航空发动机气冷涡轮叶片的气热耦合数值模拟研究[D]. 董平.哈尔滨工业大学 2009
[4]等离子喷涂三元纳米ZrO2-Y2O3/CeO2热障涂层的组织与性能研究[D]. 宫文彪.吉林大学 2007
[5]特征造型技术在有限元分析建模中的应用研究[D]. 张玉峰.武汉大学 2004
硕士论文
[1]激光重熔对等离子喷涂氧化锆热障涂层组织与性能的影响[D]. 孟庆瑞.山东大学 2016
[2]基于三维微观结构模型的热障涂层性能预测及失效机理分析[D]. 王琳琳.北京理工大学 2016
[3]基于激光熔覆的汽轮机叶片热障涂层制备与性能研究[D]. 王植.天津工业大学 2016
[4]热障涂层分层断裂有限元分析[D]. 严敏航.西安科技大学 2015
[5]材料参数、界面孔隙率和粗糙度对热障涂层内应力的有限元模拟研究[D]. 周会会.昆明理工大学 2015
[6]热障涂层制备工艺对涂层组织结构与性能的影响[D]. 刘爽.沈阳工业大学 2015
[7]几种提高热障涂层组织性能的方法[D]. 谢志敏.沈阳工业大学 2015
[8]网状衬垫的激光直接沉积制备及其对热障涂层性能的影响[D]. 王帅.南京理工大学 2015
[9]EB-PVD制备热障涂层及其热震性研究[D]. 王栋.东北大学 2014
[10]热障涂层表层的力学性能、开裂机理及失效检测[D]. 韦静静.华东理工大学 2014
本文编号：3643724
【文章来源】：南京理工大学江苏省211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1. 绪论
1.1 热障涂层的发展概述
1.2 热障涂层体系
1.2.1 热障涂层的结构
1.2.2 热障涂层的材料
1.2.3 热障涂层的制备方法
1.3 热障涂层的失效
1.4 热障涂层性能的评价方法
1.5 有限元数值模拟
1.6 研究现状及问题
1.7 本课题研究意义和内容
2. 网状结构对热障涂层应力分布的影响
2.1 传统热障涂层及含网状结构热障涂层的制备
2.1.1 热障涂层结构
2.1.2 实验材料
2.1.3 热障涂层的制备
2.2 热障涂层的抗热震性能检测及分析
2.3 热障涂层抗热震性的有限元模拟
2.3.1 热障涂层经历热震过程的数学模型
2.3.2 传统两层结构热障涂层内的应力分布
2.3.3 具有网格衬垫热障涂层内的应力分布
2.4 两种结构涂层应力分布及失效过程的比较
2.5 小结
3 网格的形状、尺寸对热障涂层抗热震性能的影响
3.1 不同网状衬垫结构热障涂层的尺寸设计及制备
3.2 不同衬垫热障涂层的抗热震性能检测与分析
3.2.1 网状衬垫棱间距对热障涂层抗热震性能的影响
3.2.2 粘结层与陶瓷层接触面积对热障涂层抗热震性能的影响
3.2.3 网状衬垫棱与棱夹角对热障涂层抗热震性能的影响
3.3 不同尺寸网状衬垫结构热障涂层的有限元模拟
3.3.1 热障涂层模型及边界条件
3.3.2 模拟结果与分析
3.4 边缘处无衬垫的含网状衬垫热障涂层的有限元模拟
3.4.1 边缘处无衬垫的含网状衬垫热障涂层模型及边界条件
3.4.2 模拟结果与分析
3.5 小结
4. 预制裂纹对热障涂层抗热震性能影响的数值模拟
4.1 有垂直裂纹的热障涂层在热震条件下的数值模拟
4.1.1 热障涂层模型及边界条件
4.1.2 模拟结果与分析
4.2 有横向裂纹的热障涂层在热震条件下的数值模拟
4.2.1 热障涂层模型及边界条件
4.2.2 模拟结果与分析
4.3 小结
5. 结论与展望
5.1 总结
5.2 展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光熔覆再制造复杂轴类零件的轨迹规划[J]. 黄勇,孙文磊,陈影. 红外与激光工程. 2017(05)
[2]半导体激光熔覆CoCrTaAlY涂层结构特征的研究[J]. 窦俊雅,刘光华,庞铭,雷剑波,周圣丰. 应用激光. 2017(01)
[3]激光熔覆高硬度铁基涂层枝晶间残余奥氏体相特征[J]. 李林起,姚成武,黄坚,冯凯,李铸国. 中国激光. 2017(03)
[4]先进航空发动机热障涂层技术研究进展[J]. 薛庆曾. 黑龙江科技信息. 2016(16)
[5]影响热障涂层失效因素的研究现状及展望[J]. 周会会,宋鹏,廖红星,臧俊杰,黄太红,陆建生. 材料导报. 2016(07)
[6]等离子喷涂热障涂层中应力分布的有限元模拟[J]. 郑允宅,朱建峰,曹萍丽,李强. 机械工程材料. 2015(09)
[7]新型热障涂层研究现状及发展趋势[J]. 吕艳红,张启富. 粉末冶金工业. 2015(01)
[8]螺纹铆钉铆接成形过程仿真分析[J]. 庄水,赵华. 应用数学和力学. 2014(S1)
[9]基于柱状结构的热障涂层隔热性能数值研究[J]. 凌锡祥,王玉璋,王星. 航空材料学报. 2014(05)
[10]热障涂层材料及其制备技术的研究进展[J]. 张天佑,吴超,熊征,周圣丰. 激光与光电子学进展. 2014(03)
博士论文
[1]热喷涂热障涂层的界面化合物组成控制及其高温失效机理研究[D]. 韩玉君.天津大学 2013
[2]热障涂层涡轮叶片失效的有限元模拟[D]. 刘奇星.湘潭大学 2012
[3]航空发动机气冷涡轮叶片的气热耦合数值模拟研究[D]. 董平.哈尔滨工业大学 2009
[4]等离子喷涂三元纳米ZrO2-Y2O3/CeO2热障涂层的组织与性能研究[D]. 宫文彪.吉林大学 2007
[5]特征造型技术在有限元分析建模中的应用研究[D]. 张玉峰.武汉大学 2004
硕士论文
[1]激光重熔对等离子喷涂氧化锆热障涂层组织与性能的影响[D]. 孟庆瑞.山东大学 2016
[2]基于三维微观结构模型的热障涂层性能预测及失效机理分析[D]. 王琳琳.北京理工大学 2016
[3]基于激光熔覆的汽轮机叶片热障涂层制备与性能研究[D]. 王植.天津工业大学 2016
[4]热障涂层分层断裂有限元分析[D]. 严敏航.西安科技大学 2015
[5]材料参数、界面孔隙率和粗糙度对热障涂层内应力的有限元模拟研究[D]. 周会会.昆明理工大学 2015
[6]热障涂层制备工艺对涂层组织结构与性能的影响[D]. 刘爽.沈阳工业大学 2015
[7]几种提高热障涂层组织性能的方法[D]. 谢志敏.沈阳工业大学 2015
[8]网状衬垫的激光直接沉积制备及其对热障涂层性能的影响[D]. 王帅.南京理工大学 2015
[9]EB-PVD制备热障涂层及其热震性研究[D]. 王栋.东北大学 2014
[10]热障涂层表层的力学性能、开裂机理及失效检测[D]. 韦静静.华东理工大学 2014
本文编号：3643724
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