收藏本站
《大连理工大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

强流脉冲电子束对热障涂层表面封装的数值模拟

曲伟  
【摘要】:热障涂层具有极低的热导率和高温抗氧化、抗腐蚀和耐磨损等性能,为涡轮发动机的高温部件材料提供热绝缘,提高工作效率并延长服役寿命。典型的热障涂层主要由陶瓷层,粘结层,热生长氧化层和高温合金组成。目前,服役过程中热障涂层过早散裂导致的失效是人们关注的主要问题。对于电子束物理气相沉积制备的陶瓷涂层,研究表明:柱状晶间的孔隙为外界氧气的进入和自身氧离子扩散提供通道,陶瓷层和粘结层的热物理参数不匹配以及金属被氧化是导致热障涂层失效的主要原因。隔绝外界氧气的进入是改进涂层性能的有效手段之一,而强流脉冲电子束正是这种有效的表面改性技术。电子束处理后的陶瓷层表面变得光滑致密,能有效隔离外界氧气的进入同时降低热传导率,从而提高热障涂层的物理和化学性能。然而,电子束与陶瓷层表面相互作用是极其复杂的瞬态过程,伴随着温度场和应力场的耦合。为了寻求合理的工艺参数和理解电子束与非金属材料相互作用的物理机制,利用数值模拟进行机理的研究是很有必要的。 本文通过数值模拟研究电子束轰击陶瓷层表面引起的温度场和应力场,给出了封装层厚度与能量密度和脉冲时间之间的关系,给出了实验参数选择范围进而为实验提供理论指导。本文主要是温度场的模拟,采用我们自己的模型和程序;应力场模拟采用有限元ANSYS11.0软件。主要研究结果如下: 1、验证温度场模型的合理性。采用实验参数,结果显示封装层厚度和形状与实验的观测吻合较好,验证了我们采用的物理模型的合理性和可靠性。对于能量密度15 J/cm2,脉冲持续时间120μs,其熔化深度4.4μm,很好的符合了实验测量值4-5μm。 2、不同能量密度和脉冲时间下,强流脉冲电子束轰击陶瓷层表面引起的熔化深度和温度场的分布。模拟结果显示表面封装层厚度达到几个μm。为了预测蒸发现象的影响和寻找最佳的工艺参数,计算了不同的脉冲时间下能量密度对结果的影响。我们的模拟结果表明:对于脉冲时间80μs,理想的能量密度是10-12 J/cm2,封装层厚度约3-4μm;脉冲时间200μs,理想的能量密度是5-13 J/cm2,封装层厚度约2-6μm。对于能量密度12 J/cm2,封装厚度随脉冲时间增加而增加,而蒸发深度没有明显变化;表明较长的脉冲时间是更深层表面改性的最佳选择。这些结果为实验工艺提供理论指导,优化工艺参数。 3、有限元模拟应力场分布。我们模拟了陶瓷层表面熔化和汽化两种模式。陶瓷层表面达到熔化和蒸发时,表面温度达到最高,最大热应力分别为977 MPa和1540 MPa。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG174.4

手机知网App
【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 董丽;ZrO_2热障涂层残余应力有限元模拟[D];大连理工大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 宫声凯,邓亮,徐惠彬;陶瓷热障涂层制备技术及发展趋势[J];材料导报;1999年06期
2 周洪;李飞;何博;王俊;孙宝德;;热障涂层材料研究进展[J];材料导报;2006年10期
3 徐惠彬,宫声凯,刘福顺;航空发动机热障涂层材料体系的研究[J];航空学报;2000年01期
4 江兴流,陈克凡,姜松川;SELF-PINCHING AND FILAMENT EFFECT OF INTENSE PULSED ELECTRON BEAMS[J];Science Bulletin;1985年09期
5 秦颖,王晓钢,董闯,郝胜智,刘悦,邹建新,吴爱民,关庆丰;强流脉冲电子束诱发温度场及表面熔坑的形成[J];物理学报;2003年12期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 郝胜智;纯Al材强流脉冲电子束表面改性的研究[D];大连理工大学;2000年
2 秦颖;强流脉冲电子束材料改性机制及数值模拟[D];大连理工大学;2004年
3 邹建新;强流脉冲电子束材料表面改性基础研究:在金属及金属间化合物上的应用[D];大连理工大学;2007年
4 牟仁德;热障涂层隔热性能研究[D];北京航空材料研究院;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 宋振飞;强流脉冲电子束材料改性三维数值模拟[D];大连理工大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张本尊;李斌;吴振宇;;罩式炉内罩外表面产生黄绿色薄膜原因分析[J];鞍钢技术;2010年02期
2 刘英义;藏洁;赵松;;热处理电阻炉的热量损失与节能措施[J];鞍山科技大学学报;2006年03期
3 徐晋勇;唐万兴;许敏;杜丽;高原;徐重;;低碳钢等离子表面冶金Mo-Cr合金层的研究[J];兵器材料科学与工程;2006年02期
4 黄春峰;省略热处理工序──节能的重要途径[J];兵器材料科学与工程;1997年05期
5 王扬,邓宗全,齐立涛;火炮身管内表面激光硬化处理的实验研究[J];兵工学报;2003年04期
6 徐晋勇;宋宜梅;高原;余运江;徐重;;低碳钢表面合金强化层组织及性能的研究[J];兵工学报;2006年06期
7 李志林,吴远启;粘结层中的Co对热障涂层界面结合因子的影响[J];北京化工大学学报(自然科学版);2004年04期
8 项建英;陈树海;黄继华;梁文建;曹艳军;汪瑞军;何箐;;热障涂层陶瓷材料La_2(Zr_(0.7)Ce_(0.3))_2O_7的制备和性能[J];北京科技大学学报;2012年03期
9 张林伟;王鲁;王全胜;宁先进;;纳米结构CoNiCrAlY粉末的制备及其氧化行为[J];北京理工大学学报;2012年04期
10 王学兵,张幸红,杜善义;梯度热障涂层的研究现状[J];中国表面工程;2004年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘杰;姜锦程;许振兴;刘俊友;;一种链算机箅板的抗高温氧化膜特征分析[A];第十二届中国体视学与图像分析学术会议论文集[C];2008年
2 张喜燕;石明华;李聪;刘年富;邱绍宇;张强;张鹏程;韦以明;;超细晶锆金属腐蚀速率-晶粒尺寸关系研究[A];2006全国核材料学术交流会论文集[C];2006年
3 侯根良;吕秋娟;苏勋家;;等离子喷涂ZrO_2涂层隔热耐烧蚀性能研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(8)[C];2007年
4 曾岗;李明伟;韩杰才;赫晓东;;EB-PVD制备微晶Ni-11.5Cr-4.5Co-0.5Al合金薄板800℃氧化行为研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(10)[C];2007年
5 宋波;刘喜华;张梅;王福明;;La_2O_3-CeO_2-ZrO_2热障涂层材料研究[A];2004年全国冶金物理化学学术会议专辑[C];2004年
6 宋庆功;褚勇;王艳波;耿德平;郭艳蕊;;有序α-(Al_(1/4)Cr_(3/4))_2O_3的结构及其稳定性研究[A];数学·力学·物理学·高新技术交叉研究进展——2010(13)卷[C];2010年
7 代辉;李佳艳;曹学强;;热障涂层新材料[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
8 宫声凯;郭洪波;;航空发动机用先进涂层材料及工艺[A];中国新材料产业发展报告(2006)——航空航天材料专辑[C];2006年
9 车彦民;章华明;陈其安;朱涛;马玉平;王小燕;王莹;;CSP热轧SPHC板卷氧化皮研究[A];薄板坯连铸连轧技术交流与开发协会第三次技术交流会论文集[C];2005年
10 谷春阳;时晓光;徐岩松;张紫茵;韩斌;;汽车大梁用热轧黑皮表面钢板355L的研制[A];2008年全国轧钢生产技术会议文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王俊一;K4104镍基高温合金渗A1高温防护涂层性能的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 宋鹏;铂铝合金粘结涂层的高温氧化行为研究[D];昆明理工大学;2010年
3 宋建荣;7YSZ/Al_2O_3/Ni-343多层热障涂层的同步合成及其性能研究[D];武汉理工大学;2010年
4 张向东;强流脉冲电子束钛基和镍基合金表面改性[D];大连理工大学;2011年
5 徐仰涛;新型钴基Co-Al-W合金设计、制备及性能研究[D];兰州理工大学;2010年
6 安亮;Fe_3Si基过渡金属硅化物渗层及纳米复合粉体的制备与表征[D];兰州理工大学;2011年
7 岳增武;喷丸与沉积稀土氧化物涂层对Fe-Cr耐热钢高温氧化性能的影响[D];山东大学;2011年
8 欧阳静;氧化锆基功能材料的制备与性能研究[D];中南大学;2010年
9 刘延斌;粉末冶金钛基复合材料制备及应用基础[D];中南大学;2011年
10 刘怀菲;二元稀土氧化物复合稳定氧化锆热障涂层材料的制备及性能研究[D];中南大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张桂凯;室温熔盐镀铝—氧化法制备铝化物阻氘层技术研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 周伟;热处理工艺对510L热轧钢氧化皮结构和腐蚀性能的影响[D];南昌航空大学;2010年
3 涂序荣;脉冲磁场控制制备阻燃镁合金的研究[D];南昌航空大学;2010年
4 沈闯;Sb对AZ91-xRE镁合金稀土相形态及其组织和性能的影响[D];郑州大学;2010年
5 任菲;汽车缸套激光表面硬化的研究[D];郑州大学;2010年
6 李伟光;抗固体粒子冲蚀磨损CrN_x镀层的性能研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 胡雪磊;冷喷涂金属/陶瓷热障涂层沉积特性和防护机理研究[D];中国海洋大学;2010年
8 陈强;热循环条件下热障涂层断裂韧性和残余应力的测试分析[D];湘潭大学;2010年
9 陈愚;AZ91D镁合金表面火焰喷涂Ni/Al涂层的研究[D];湘潭大学;2009年
10 李生志;M2高速钢高能束流表面改性研究[D];沈阳理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 宫声凯,邓亮,徐惠彬;陶瓷热障涂层制备技术及发展趋势[J];材料导报;1999年06期
2 周洪;李飞;何博;王俊;孙宝德;;热障涂层材料研究进展[J];材料导报;2006年10期
3 赵恒华,高兴军;ANSYS软件及其使用[J];制造业自动化;2004年05期
4 王忠;梅显秀;王存霞;孙文飞;郝胜智;武洪臣;秦颖;董闯;;强流脉冲电子束辐照对NiCoCrAlY涂层结构和性能的影响[J];强激光与粒子束;2009年09期
5 秦颖,王晓钢,董闯,郝胜智,刘悦,邹建新,吴爱民,关庆丰;强流脉冲电子束诱发温度场及表面熔坑的形成[J];物理学报;2003年12期
6 蓝宇,张连杰;大型有限元分析软件ANSYS[J];应用科技;2000年06期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 郝胜智;纯Al材强流脉冲电子束表面改性的研究[D];大连理工大学;2000年
2 秦颖;强流脉冲电子束材料改性机制及数值模拟[D];大连理工大学;2004年
3 邹建新;强流脉冲电子束材料表面改性基础研究:在金属及金属间化合物上的应用[D];大连理工大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 王存霞;强流脉冲电子束辐照ZrO_2陶瓷涂层表面改性[D];大连理工大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 廖乾初;表面处理技术现状及其在材料科学中的应用[J];兵器材料科学与工程;1988年03期
2 山口隆洋 ,熊谷泰 ,裴政;电子束表面热处理[J];兵器材料科学与工程;1989年03期
3 午民;高速扫描电子束淬火[J];兵器材料科学与工程;1991年10期
4 韩丽君,阿舍尔,江兴流,康文;纳秒脉冲电子束冲击强化金属表面的研究[J];北京航空航天大学学报;2000年05期
5 刘喜华,毛红,宋波,傅强;La_2O_3-CeO_2-ZrO_2粉的制备及性能[J];北京科技大学学报;2004年04期
6 刘玉英;Thomas Kabayabaya;张欣欣;;闪光法测量半透明材料热扩散率的理论研究[J];北京科技大学学报;2006年07期
7 蒋玉兰,顾迅;用电子束蒸镀法制备S-H(LH)~p膜[J];玻璃与搪瓷;1995年05期
8 李其连;等离子喷涂ZrO_2热障涂层热冲击破坏研究[J];中国表面工程;2004年03期
9 邬建辉,张传福;高能束流技术及其在腐蚀与防护中的应用[J];表面技术;2001年06期
10 马岳,段祝平,席军,陈思颖;热障涂层高温抗氧化性能研究的现状与发展[J];表面技术;2002年02期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 郝胜智;纯Al材强流脉冲电子束表面改性的研究[D];大连理工大学;2000年
2 吴爱民;模具钢电子束表面改性及应用基础研究[D];大连理工大学;2002年
3 秦颖;强流脉冲电子束材料改性机制及数值模拟[D];大连理工大学;2004年
4 高波;纯镁及镁合金强流脉冲电子束表面改性[D];大连理工大学;2005年
5 张可敏;医用金属材料的强流脉冲电子束表面改性研究[D];大连理工大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 刘晓娜;强流脉冲电子束材料表面改性的二维数值模拟[D];大连理工大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈全芳,马信清,彭晓,李铁藩;飞行状态下热障涂层的受力行为[J];腐蚀科学与防护技术;1994年01期
2 高阳,解仑,佟百运,梁勇,师昌绪;激光熔敷氧化锆热障涂层微观结构研究[J];航空材料学报;2003年03期
3 武颖娜,柯培玲,孙超,华伟刚,王福会,闻立时;爆炸喷涂制备NiCrAlY/NiAl/ZrO_2-Y_2O_3体系热障涂层[J];金属学报;2004年05期
4 王利强 ,阎殿然 ,何继宁 ,宋向阳;热障涂层研究状况及进展[J];新技术新工艺;2002年03期
5 陈孟成,陈兴垚,高阳,李建平,李伟光;热障涂层热冲击试验研究[J];材料工程;2001年11期
6 沈文雁,霍晓,张建苏,吴凤筠,陈孟成;EB-PVD 热障涂层的失效行为研究[J];材料工程;1998年06期
7 魏涛,雷廷权,周玉,欧阳家虎;陶瓷热障涂层的研究进展[J];宇航材料工艺;1997年03期
8 岳珠峰,吕震宙,彭知平,陶仙德;热障涂层的失效机理和力学模型[J];燃气涡轮试验与研究;1998年04期
9 郭洪波,徐惠彬,宫声凯,刘福顺;表面强化对EB-PVD热障涂层的高温氧化性能及结合强度的影响[J];稀有金属材料与工程;2001年04期
10 陈国锋,李金士,冯钟潮;激光重熔处理对含Al、Ti、TiO_2等离子喷涂热障涂层组织的影响[J];金属热处理;1999年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 毛卫国;吴多锦;周益春;;拉伸载荷作用下热障涂层界面破坏实时测试研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
2 周益春;桥田俊之;段祝平;;热障涂层的热-力耦合破坏机制[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
3 董丽;张朋波;曲伟;秦颖;梅显秀;董闯;;ZrO_2热障涂层残余应力的有限元模拟[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
4 丁永军;张辉;谢铮;奚源;陈文科;高艳雯;王秋童;;热障涂层自动化热喷涂系统的研发[A];中国计量协会冶金分会2011年会论文集[C];2011年
5 赵乃义;郭洪波;;复杂形面热障涂层界面结合研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
6 梅显秀;刘越;王存霞;王友年;马腾才;;强流脉冲电子束辐照对电子束物理气相沉积YSZ结构和性能的影响[A];第十五届全国等离子体科学技术会议会议摘要集[C];2011年
7 秦颖;董丽;郝胜智;董闯;;强流脉冲电子束材料表面改性的热力耦合[A];2010全国荷电粒子源、粒子束学术会议论文集[C];2010年
8 张向东;郝胜智;高泰瑞;董闯;;强流脉冲电子束处理纯钛的表面组织与性能[A];2010全国荷电粒子源、粒子束学术会议论文集[C];2010年
9 何利民;许振华;牟仁德;李建平;贺世美;黄光宏;;La_2(Zr_(0.7)Ce_(0.3))_2O_7新型高温热障涂层[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
10 贺冬云;郝胜智;刘边卓;于辉;刘海莲;;强流脉冲电子束表面处理对金属材料腐蚀性能的影响[A];2010全国荷电粒子源、粒子束学术会议论文集[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 马宽新;西航热障涂层工艺取得重大突破[N];中国航空报;2009年
2 记者 沈谦 通讯员 马宽新;西航开发热障涂层工艺 年节约成本300万元[N];陕西日报;2009年
3 李思闽 整理;自强立国 创新利民[N];中国航空报;2011年
4 ;心跳的回忆[N];江苏经济报;2000年
5 报道组 朱跃军 李小波 徐勤;武义成为百名“周末教授”用武之地[N];金华日报;2009年
6 海星星;家中的海洋活图景水族箱[N];中国医药报;2000年
7 ;四大环节点评镁[N];科技日报;2005年
8 武汉科技学院 张一鸣 湖北省组织重点实验室 崔卫纲 武汉一棉 郭维芬;棉纺钢领发展的前沿趋势[N];中国纺织报;2007年
9 王迪;袖珍传感器10分钟检测大肠杆菌[N];医药经济报;2006年
10 ;双网孔陶瓷网纹辊CN1375393A[N];中国包装报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王璟;锆酸镧热障涂层研究[D];国防科学技术大学;2009年
2 何博;钛合金表面热障涂层的制备与研究[D];上海交通大学;2008年
3 陈亚军;热障涂层热生长氧化物形成及生长过程的干预与控制研究[D];天津大学;2010年
4 张向东;强流脉冲电子束钛基和镍基合金表面改性[D];大连理工大学;2011年
5 宋建荣;7YSZ/Al_2O_3/Ni-343多层热障涂层的同步合成及其性能研究[D];武汉理工大学;2010年
6 宫文彪;等离子喷涂三元纳米ZrO_2-Y_2O_3/CeO_2热障涂层的组织与性能研究[D];吉林大学;2007年
7 赵铁钧;镁合金ZK60及过共晶铝硅合金强流脉冲电子束表面改性研究[D];东北大学;2009年
8 周洪;钛合金表面纳米热障涂层的制备与组织性能及其表面激光重熔的研究[D];上海交通大学;2008年
9 邹慧;DD3单晶高温合金强流脉冲电子束表面改性研究[D];天津大学;2011年
10 王文权;等离子喷涂纳米陶瓷热障涂层组织与性能研究[D];吉林大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 曲伟;强流脉冲电子束对热障涂层表面封装的数值模拟[D];大连理工大学;2011年
2 蒋俊平;曲面结构的热障涂层系统残余应力有限元模拟分析[D];湘潭大学;2011年
3 苏鹏;圆柱体结构热障涂层三维应力场预测及界面屈曲破坏分析[D];湘潭大学;2011年
4 吴多锦;热障涂层界面破坏实时测试分析及实验模拟系统的研制[D];湘潭大学;2011年
5 曾水冰;钛合金表面热障涂层的制备及其性能研究[D];长沙理工大学;2012年
6 董丽;ZrO_2热障涂层残余应力有限元模拟[D];大连理工大学;2012年
7 陈强;热循环条件下热障涂层断裂韧性和残余应力的测试分析[D];湘潭大学;2010年
8 柳士强;预氧化处理对热障涂层使用寿命的影响[D];河北工业大学;2011年
9 徐心洁;Al_2O_3-13%TiO_2热障涂层的制备及性能研究[D];西华大学;2010年
10 张佐伊;Y_2O_3-ZrO_2热障涂层高温氧化、腐蚀及抗热震性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026