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《吉林大学》 2007年
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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

宫文彪  
【摘要】: 本文采用在纳米ZrO2-8wt.%Y_2O_3中掺杂25%和50%的纳米CeO_2作为隔热层材料,用NiCrAlY作为粘结层材料,采用等离子喷涂方法制备了三元纳米ZrO_2-Y_2O_3/CeO_2热障涂层(CSZ)。研究了纳米粉末的团聚工艺对团聚体组织结构的影响,并对团聚体粉末在等离子弧中的熔化特点进行了较详尽的研究。采用APS方法分别制备了纳米CSZ和传统的YSZ涂层,比较了它们的组织结构特点并测试了纳米CSZ涂层的一些性能,揭示了纳米热障涂层的形成机理;比较了在同样边界条件下掺杂不同含量的纳米CeO_2的涂层与传统YSZ和纳米YSZ涂层的隔热性能,分析了其隔热机理;通过热冲击试验、高温抗氧化试验、涂层高温稳定性试验和热腐蚀试验研究了掺杂纳米CeO_2涂层的高温性能并结合组织结构分析了其对性能的影响规律。 研究结果表明,利用纳米团聚体粉末可以用等离子喷涂方法制备具有纳米结构的热障涂层。由于等离子弧中存在的温度梯度和快速的冷却速率,部分团聚体粉末颗粒在经过等离子弧时只是表层被熔化,内部仍保持纳米结构。掺杂纳米CeO_2的三元ZrO_2-Y_2O_3/CeO_2热障涂层中存在两种组织结构,即由纳米粉末原料的未熔化部分引入的纳米结构组织和纳米粉末原料熔化后在基体上经过高速冷却结晶得到的微米结构组织;涂层具有良好的微裂纹形态和分布,其断裂韧性要高于纳米YSZ涂层和传统的YSZ涂层,并具有更低的孔隙率。在同样的边界条件下,掺杂纳米CeO2的涂层具有比传统的YSZ涂层和纳米YSZ涂层更好的隔热性能,并且随着纳米CeO2的含量由25wt.%增加到50wt.%,涂层的隔热性能也相应地提高了7.1%。 高温性能试验表明,掺杂25wt.%纳米CeO_2的涂层具有更好的抗热冲击性能、抗高温熔盐腐蚀性能和抗氧化性能,并且在高温长时间加热时,涂层仍能保持纳米结构。 研究结果表明,采用APS制备的三元纳米ZrO_2-Y_2O_3/CeO_2热障涂层在提高涂层的隔热性能、高温性能等方面具有一定的理论意义和良好的应用前景。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TB383.1

【引证文献】
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