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《沈阳工业大学》 2009年
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铜基体上陶瓷/金属涂层的制备及组织与性能研究

尹红霞  
【摘要】: 风口是高炉上损坏频率较高的部件,它承受着高速煤粉的磨蚀,高温炉气的冲刷和炉料的撞击。目前国内高炉风口大多由纯铜制造,其平均使用寿命仅有2~3个月。频繁地更换风口使高炉运行的稳定性降低、产量减少、工人的劳动强度增大。研究提高风口使用寿命的途径有很大的实际意义。 本文以高炉风口应用为背景,进行了热障涂层的设计,并采用等离子喷涂法和超音速火焰喷涂法制备了纳米级陶瓷(ZrO_2-8%Y_2O_3)-粘结层(NiCrAlY)-基体(Cu)和微米级陶瓷(ZrO_2-8%Y_2O_3)-粘结层(NiCrAlY)-基体(Cu)双层结构热障涂层;对所制备的涂层进行了显微形貌观察,拉伸试验、热震试验、隔热性能分析、热应力模拟。 结果表明:与传统微米级陶瓷涂层相比,纳米陶瓷涂层中微裂纹和孔隙更加细小,有利于提高涂层的隔热效果。达到稳态时,纯铜风口最高温度为332℃,最低温度为34℃,双层涂层风口最高温度为364℃,最低温度为39℃,带水垢双层涂层风口最高温度为656℃,最低温度为39℃,双层涂层风口和带水垢双层涂层风口的涂层与基体结合面上的最高温度分别为332℃和588℃。陶瓷层的导热系数越小隔热效果越好,但在小范围内变动时其影响效果非常有限。冷却水的对流换热系数越大风口的最高温度越低,涂层的隔热效果越好。单层涂层和双层涂层,界面上涂层一侧,垂直于界面的最大应力分别为195MPa和58.2MPa,平行于界面的最大应力分别为79MPa和40.9MPa。涂层的结合以机械结合为主,粘结层与基体铜的结合界面是整个涂层-基体体系中最薄弱之处:与等离子喷涂粘结层相比,采用超音速火焰喷涂粘结层可有效提高铜基体上ZrO_2涂层的结合强度,结合强度约提高54%。纳米级陶瓷(ZrO_2-8%Y_2O_3+NiCrAlY)涂层的热震性能优于传统微米级陶瓷涂层的热震性能;采用超音速火焰喷涂制备粘结层时涂层的热震性能优于采用等离子喷涂制备粘结层时涂层的热震性能。
【学位授予单位】:沈阳工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TG174.4

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【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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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
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8 崇峰;中低端,性能也重要[N];中国计算机报;2002年
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