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纳米结构双陶瓷热障涂层材料

主要研究内容

热障涂层(TBC)被广泛地应用在飞机发动机、涡轮机和汽轮机叶片上,保护高温合金基体免受高温氧化、腐蚀,起到隔热、提高发动机进口温度和发动机推重比作用的一种陶瓷涂层材料。

7±1wt%Y2O3稳定的ZrO2(即8YSZ)材料被用做热障涂层材料已应用几十年了。尽管研究表明纳米8YSZ涂层效果更佳,但随着对发动机,涡轮机性能要求的提高,这种体系的热障涂层已不能适应更高温度下工作。为满足未来先进航空发动机对TBC更苛刻的性能要求,各种关于TBC的新材料和新工艺得到了快速发展。

由于锆酸盐系列材料耐高温,热导率低,线膨胀系数大,决定了它在耐高温热障涂层的潜在应用。所以,主要的发展趋势是采用锆酸盐系列材料替代现有的8YSZ材料做热障涂层,尤其是含锆酸盐的双陶瓷热障涂层被认为是未来发展长期使用温度高于1200℃的最有前景的涂层结构之一。但目前还没有可用于纳米结构热喷涂的锆酸盐粉体。我们首次成功制备出了锆酸镧LZ纳米结构粉体喂料。并将它们与8YSZ粉体喂料采用等离子喷涂方式喷涂成纳米结构的双陶瓷型n-LZ/8YSZ热障涂层。为进行对比,也制备了传统微米结构单陶瓷型8YSZ和纳米结构单陶瓷型8YSZ热障涂层。结果表明,纳米结构的双陶瓷型涂层的隔热效果明显好于其它涂层,与相同厚度的纳米结构单陶瓷型8YSZ热障涂层和传统微米结构单陶瓷型8YSZ热障涂层相比,隔热效果分别提高了35%和70%。此外,纳米结构的双陶瓷型涂层具有比其它两种涂层层更好的热震性能。

中国专利:ZL 02132534.0;ZL 200910072451.5

技术指标

纳米结构的双陶瓷型涂层的隔热效果明显好于其它涂层,其平均隔热温度为220.1℃,较相同厚度的纳米结构单陶瓷层8YSZ热障涂层的隔热效果大约提高了35%。较相同厚度的传统结构单陶瓷层8YSZ热障涂层的隔热效果大约提高了70%。且纳米结构的双陶瓷型涂层具有更好的热震性能和抗高温氧化能力。

应用领域

广泛地应用在航空发动机,涡轮机,汽轮机叶片上,保护高温合金基体(镍基高温合金,钴基高温合金)免受高温氧化,腐蚀、磨损。起到隔热,提高发动机进口温度,发动机的流量比和推重比作用的一种陶瓷涂层材料。作为第四代防护涂层的代表,热障涂层(TBC)是目前高温防护性能最佳、应用前景最好的表面防护涂层之一。

  负责人:王铀教授   E-MAIL:wangyou1954@126.com 

        王铀,男,汉族,1954年生。现任哈尔滨工业大学材料科学系教授、博士生导师。

王铀教授是280余篇论文的作者,二十余项美国、中国或国际专利的发明人,数十篇文章为SCI收录并为同行在国际杂志引用约2600余次。上世纪末因在摩擦学和表面工程方面的杰出贡献被英国剑桥国际传记中心选入《二十世纪2000杰出科学家》。

         专家云平台主页:http://www.kjcx.ac.cn/people/show.php?itemid=3289 

 

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