APS纳米氧化锆涂层氧化腐蚀及稀土掺杂研究.pdf

分类号 密级 公 开
U D C
学 位 论 文
题目：APS 纳米氧化锆涂层氧化腐蚀及稀土掺
杂研究
研 究 生 姓 名 ：李
学 科 专 业 名 称 ：机械制造及其自动化
研 究 方 向 ：数字化制造技术
论 文 类 型 ：应用研究型
申 请 学 位 ：工学硕士
指 导 教 师 姓 名 ：何波
指 导 教 师 职 称 ：副教授
指 导 教 师 单 位 ：沈阳航空航天大学
论 文 提 交 日 期 ：2013 年 12 月 05 日
论 文 答 辩 日 期 ：2013 年 12 月 27 日
沈阳航空航天大学
2014 年 1 月
SHENYANG AEROSPACE UNIVERSITY
THESIS FOR MASTER’S DEGREE
STUDYONANTI-OXADATION AND
ANTI-CORROSION OF NANO TBCSAND
RARE EARTHS DOPED TBCS BY APS
Candidate：Ying Li
Supervisor：Bo He
Specialty: Mechanical Manufacture and Automation
Date:January 2014
沈阳航空航天大学硕士学位论文
摘 要
热障涂层是用在金属表面的一种多层材料，保护飞机涡轮发动机叶片处。为了提高
热障涂层的使用寿命和隔热效果，前人利用纳米材料改变热障涂层的耐用度，可以增大
涂层比热、降低热导率、增大热膨胀系数、减小弹性模量、提高结合强度，保护基底材
料不受外界损伤。热障涂层处在高温、高氧化，高腐蚀性的环境中，还承受热循环应力、
冲蚀和外界物体的撞击，工作环境十分苛刻。所以急需研制出一种性能上更加优越的热
障涂层，来满足日益增大的发动机推重比。有研究发现，稀土元素可以使陶瓷层的热稳
定性得到提高。因此本试验以添加 10%（wt%）稀土氧化物 CeO2 的微米氧化锆和纳米
氧化锆、微米氧化锆的陶瓷层对比，进行一系列试验。
在高温氧化试验中，通过氧化动力学曲线得知纳米氧化锆增重略低于稀土掺杂微米
氧化锆，但在显微形貌上，氧化铈掺杂的氧化锆表面裂纹宽度最小且形貌最佳。在高温
腐蚀性能上，虽然稀土掺杂氧化锆增重略大于纳米氧化锆，但是最后剥落,与基体结合性
最好。在抗热震性能试验中，无论冷却方式是水淬还是空冷，氧化铈掺杂的微米氧化锆
性能均最优越、相稳定性也最好。在纳米压痕试验中，工作温度下氧化铈掺杂的氧化锆
硬度最高，表现出较好的耐磨性，三种涂层的弹性模量比较接近，说明稀土掺杂不会影
响涂层的抗拉伸性能。
关键词：热障涂层；稀土掺杂；高温腐蚀；热震性能；高温相变；等离子喷涂
I
沈阳航空航天大学硕士学位论文
Abstract
The thermal barrier coating is akind of multilayer material, which can protect the
metallic materials from high temperature, and it is popular with the turbo blade in plane
engine. In order to improve the service life and the thermal insulation quality of heat
insulating coati