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TiAl合金表面等离子喷涂热障涂层的激光重熔试验研究

作　者: 刘伦乾
导　师: 黄因慧
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: TiAl合金热障涂层等离子喷涂激光重熔摩擦磨损高温氧化热腐蚀
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

TiAl合金由于其密度低,比强度和比刚度高,是航空、航天工业理想的新型高温结构材料。热障涂层（Thermal Barrier Coatings,简称TBCs）具有良好的隔热效果、抗高温氧化、抗腐蚀、耐磨等性能特点,是目前最为先进的高温防护涂层之一。因此,如何有机地结合基材和表面涂层的特点,充分发挥两者综合优势,获得理想的复合材料结构,以及如何提高TBCs高温热稳定性能及优异的综合机械性能是当前的研究热点。本文采用等离子喷涂和等离子喷涂-激光重熔复合工艺在TiAl合金表面分别制备了常规和纳米TBCs,并对涂层的高温耐磨性能、高温抗氧化性能及高温抗热腐蚀性能进行了对比研究,所完成的主要工作如下:（1）比较了等离子喷涂和激光重熔常规/纳米TBCs的微观结构及物相组成,结果表明:激光重熔纳米TBCs具有更优的致密柱状晶结构,实验验证了激光重熔等离子喷涂复合工艺制备纳米结构涂层的可行性。（2）对TiAl合金基体及涂层进行了高温摩擦磨损试验,结合摩擦系数、摩擦质量损失以及磨损形貌,分析了各涂层的耐磨性能,并讨论其摩擦磨损机理。（3）研究了TiAl合金基体及涂层在850°C下的高温抗氧化性能,得出纳米结构可以增加涂层的韧性和容限应变,激光重熔可消除涂层中的孔隙和微裂纹,并形成致密的重熔层,改变了氧在陶瓷层中直接扩散的方式,改善涂层的抗高温氧化性能。（4）分析TiAl合金基体及涂层在850°C 75%Na₂SO₄+25%NaCl熔盐中的热腐蚀行为,表明激光重熔封闭了腐蚀介质向涂层内部扩散的腐蚀通道,阻碍其在陶瓷层中的扩散及发生腐蚀。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
图、表清单  10-12
注释表  12-13
第一章绪论  13-24
  1.1 选题背景及意义  13-16
    1.1.1 TiAl 合金的特点和应用  14-15
    1.1.2 TiAl 合金应用存在的主要问题  15
    1.1.3 本文研究的目的  15-16
  1.2 TiAl 合金表面涂层技术研究现状  16
  1.3 TBCs 研究现状与发展趋势  16-23
    1.3.1 TBCs 发展历史  16-17
    1.3.2 TBCs 材料  17-19
    1.3.3 TBCs 结构设计  19
    1.3.4 TBCs 制备工艺  19-21
    1.3.5 TBCs 失效机理  21-22
    1.3.6 TBCs 发展趋势  22-23
  1.4 本文研究的主要内容  23-24
第二章涂层制备工艺方法及涂层组织结构  24-37
  2.1 试验材料  24-25
    2.1.1 基体材料  24
    2.1.2 过渡层材料  24
    2.1.3 表面陶瓷材料  24-25
  2.2 涂层制备工艺方法及制备过程  25-28
    2.2.1 等离子喷涂工艺  25-27
    2.2.2 激光重熔工艺  27-28
    2.2.3 涂层的制备过程  28
  2.3 等离子喷涂及激光重熔TBCs 组织结构  28-35
    2.3.1 等离子喷涂常规TBCs 显微组织  28-29
    2.3.2 激光重熔常规TBCs 显微组织  29-31
    2.3.3 常规 TBCs 物相分析  31-32
    2.3.4 等离子喷涂纳米TBCs 显微组织  32-33
    2.3.5 激光重熔纳米TBCs 显微组织  33-34
    2.3.6 纳米 TBCs 物相分析  34-35
  2.4 性能测试  35-36
    2.4.1 显微硬度  35
    2.4.2 磨损试验  35
    2.4.3 高温氧化试验  35
    2.4.4 热腐蚀试验  35-36
  2.5 本章小节  36-37
第三章等离子喷涂及激光重熔TBCs 显微硬度及耐磨性能  37-48
  3.1 TBCs 显微硬度  38-39
    3.1.1 表面显微硬度  38-39
    3.1.2 横截面显微硬度  39
  3.2 摩擦磨损试验结果分析  39-44
    3.2.1 摩擦系数分析  39-41
    3.2.2 磨损质量损失分析  41-42
    3.2.3 磨损形貌分析  42-44
  3.3 摩擦磨损机理分析  44-46
    3.3.1 TiAl 合金基体摩擦磨损机理分析  44-45
    3.3.2 TBCs 摩擦磨损机理分析  45-46
  3.4 本章小节  46-48
第四章等离子喷涂及激光重熔TBCs 高温抗氧化性能  48-59
  4.1 高温氧化试验结果  49-50
  4.2 高温氧化试验结果分析  50-53
    4.2.1 TiAl 合金基体高温氧化结果分析  50-51
    4.2.2 等离子喷涂和激光重熔常规TBCs 高温氧化结果分析  51-52
    4.2.3 等离子喷涂和激光重熔纳米TBCs 高温氧化结果分析  52-53
  4.3 高温氧化机理分析  53-57
    4.3.1 TiAl 合金基体高温氧化机理分析  53-54
    4.3.2 TBCs 高温氧化机理分析  54-57
  4.4 本章小节  57-59
第五章等离子喷涂及激光重熔TBCs 热腐蚀性能  59-68
  5.1 热腐蚀试验结果  60-61
  5.2 热腐蚀试验结果分析  61-64
    5.2.1 TiAl 合金基体热腐蚀结果分析  61
    5.2.2 等离子喷涂和激光重熔常规TBCs 热腐蚀结果分析  61-62
    5.2.3 等离子喷涂和激光重熔纳米TBCs 热腐蚀结果分析  62-64
  5.3 热腐蚀机理分析  64-67
    5.3.1 TiAl 合金基体热腐蚀机理分析  64-65
    5.3.2 TBCs 热腐蚀机理分析  65-67
  5.4 本章小节  67-68
第六章总结和展望  68-70
  6.1 总结  68-69
  6.2 展望  69-70
参考文献  70-74
致谢  74-75
攻读硕士期间发表的学术论文  75

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