燃气轮机透平叶片热障涂层的研究

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1、码：：８２７０１密级分类号：学校代．．，．．Ｖ、，卢、韦。＇；＞＾＾机械科学研究总院博ｄｒ学位论文，燃气轮机透平叶片热障涂层的研究ｓｔｕｄｏｎｔｈｅｒｍａｌｂａｒｒｉｅｒｃｏａｔｉｎｇｓｏｆｇａｓｙｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅ培养单位：机械科学研究总院＇专化机械设计及理论＾研究方向：表面工程＾研究生姓名：钟颖化指导教脈陆辛副指导教师：计亚平■■？‘－Ｉ．’’‘．一－＇一．－．、，，．，ｉ？－＇＇■Ｌ

2、Ｉ２０１５年６月１１日机械科学研究总阮本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合机械科学研究总院博±学位论文质量要求。答辩委员会签名：主席：（工作单位职称）委员飞為，娜甲ＰＦｎ独创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的。研究成果据本人所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得化械科学研究总院或其他教育机一构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢

3、意。口－姆円期．１＾：么技学位论文作者签名：学位论授书版权使用权全、文，权本人完了解机械科学研究总院有关保留使用学位论的规定有保留并。人送和口交论的件磁盈，允许论文被查阅借阅本授向国家有关部或机构文复印和可入库检索，权化械科学研究总院抖将学位论文的全部或部分内容编有关数据进行段。可、或、Ｗ采用影缩扫描等复制手保存汇编学位论文印印密解密适本授权书涉的学位论文在后用（）虹签破签名：秦、：师作者名导钟寺。’！ｒ它ｊ．０次护ｚｏｆ６．：日；１日期期机械科学研究总院博士学位论文摘要随着工业的发展，燃气轮机的燃气

4、进口温度和效率不断提高，而现有的高温合金和冷却技术已经无法满足这种需求。热障涂层（TBCs）是目前最先进的高温防护涂层，具有良好的高温性能，使高温燃气和工作金属部件之间产生很大的温降，以延长热机零件使用寿命、提高热机热效率。本课题在镍基高温合金上首先制备了双层结构的TBCs，其粘结层为NiCoCrAlY，陶瓷面层为ZrO2-8w.%Y2O3。TBCs的组织、结构和性能依赖于其制备方法。本课题采用超音速火焰喷涂（HVOF）直接制备粘结层，改善了粘结层的界面粗糙问题，使界面平整，增加了Al元素的扩散通道，有利于在粘结层表面形成一层Al2O3保护膜，防止了粘

5、结层其它元素的进一步氧化。通过试验分别研究了喷涂距离、氧-燃气流量、冷却气体（空气）对粉末熔化情况和涂层的孔隙率的影响规律，对喷涂工艺参数进行了优化。利用等离子喷涂工艺（APS）在表面制备了氧化锆涂层；通过研究喷涂距离、送粉量、主气流量和喷涂电流对涂层结合情况的影响，获得了最优等离子喷涂工艺参数。利用扫描电子显微镜（SEM）深入研究了双层热障涂层的微观组织，并对涂层的孔隙率、结合强度、热导率、隔热性能以及抗热震性能进行了测试。对于金属基体上制备的双层热障涂层，其陶瓷层与金属基体之间的热膨胀系数不匹配。在工作过程中，温度的剧烈变化会使涂层产生突变热应力，

6、从而导致涂层剥落失效。为了减缓涂层中的热应力，功能梯度材料（FGM）的概念被引入到热障涂层中来。按此概念设计的梯度热障涂层，从基体到陶瓷表面，其成分和性能是连续变化的，从而大大降低了两者因热膨胀系数不匹配而生成的热应力，避免了涂层在热震过程中发生剥落。本文采用四因素三水平正交试验研究了喷涂距离、送粉量、主气流量和喷涂电流对梯度热障涂层中过渡层的孔隙率的影响规律，对工艺参数进行了优化，最后对梯度热障涂层的结合强度和抗热震性能进行测试。试验结果表明，与双层热障涂层相比，梯度热障涂层的结合强度和抗热震性能都提高了。过渡层的加入，消除了涂层中成分的突变，降低了

7、涂层在热震过程中的热应力集中，延缓了热震裂纹的产生，使梯度热障涂层的抗热震性能更优。关键词：热障涂层，工艺优化，正交试验，隔热性能，抗热震性能I机械科学研究总院博士学位论文ABSTRACTWiththedevelopmentofindustry,thegasinlettemperatureandefficiencyofgasturbinehavebeenimprovedcontinuously.However,theexistingsuperalloysandcoolingtechnologycannotmeetthisneed.Thermalbarr

8、iercoatings(TBCs)isthemostadvancedhightemperatu