检索结果-南通市图书馆

作者：马盼盼南昌航空大学

学位级别：硕士

TC11合金由于具有良好的综合力学性能,被广泛应用于航空发动机叶片、压气机盘和鼓筒等零部件。而这些零部件在服役过程中,常面临疲劳失效及断裂等问题。表面强化技术是解决TC11合金疲劳失效问题的有效手段。机械喷丸和激光冲击强化作为... 详细信息

TC11合金由于具有良好的综合力学性能,被广泛应用于航空发动机叶片、压气机盘和鼓筒等零部件。而这些零部件在服役过程中,常面临疲劳失效及断裂等问题。表面强化技术是解决TC11合金疲劳失效问题的有效手段。机械喷丸和激光冲击强化作为两类典型表面强化技术,通过在TC11合金表面形成一定的残余压应力场,可有效提高合金的疲劳性能。为此,本文开展了两类喷丸强化工艺的研究,在此基础上,提出了激光机械复合强化方法,重点研究了激光、机械喷丸及其复合强化对材料表面完整性影响规律,深入分析了机械激光复合强化对TC11钛合金组织的影响机制及其与单一强化方式的区别。本文主要研究内容及结论如下:机械激光复合强化显著诱导了TC11合金表层组织中β相向α’相转变,并在其表层引入了高密度的位错、位错塞积及位错胞等亚结构。随着激光能量的增加,复合强化试样表层的亚结构数量明显增多,与单一机械喷丸或单一激光冲击强化相比,强化效果更好。机械激光复合强化有效降低了机械喷丸的表面粗糙度,机械喷丸强化后TC11合金的表面粗糙度达到0.870μm,机械激光复合强化后TC11合金的表面粗糙度为Ra0.526μm,降低了39.5%,表明机械激光复合强化有效修复了机械喷丸引起的表面塑性变形。同时机械激光复合强化引入了较大的残余压应力,最大值为-792MPa,深度高达2000μm,并有效提升了TC11合金的表面硬度,最大硬度值为385.75HV,硬化层深度达1420μm,与单一强化方式相比,机械激光复合强化效果更显著。机械喷丸通过高速密集撞击形成较大的位错密度,有效提高了试样的硬度,使合金表层形成稳定的残余压应力,但显著增加了试样的表面粗糙度,且残余应力层较浅;激光冲击强化有效克服了机械喷丸的缺点,在TC11合金表层引入了较深的残余压应力层,并获得较小的表面粗糙度。机械激光冲击复合强化实现了表面粗糙度、表面残余压应力、残余压应力层深等问题的有效平衡,达到了有效强化TC11合金的目的。

关键词： TC11 机械喷丸激光冲击复合强化表面完整性

基于第一性原理研究MAX相Nb2AN(A=Si、Ge、Sn)的结构稳定性和热物理性能

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基于第一性原理研究MAX相Nb2AN(A=Si、Ge、Sn)的结构稳定性和热物...

作者：曾凡旺南昌航空大学

学位级别：硕士

MAX相材料是一种兼具金属性能的新型陶瓷材料,在热障涂层领域中具有巨大的应用前景。然而,目前制备出来的MAX相材料具有热导率高、热膨胀系数大、熔点低等不足。因此,如何设计出高温性能优异、结构稳定的新型MAX相材料,成为开发新型高... 详细信息

MAX相材料是一种兼具金属性能的新型陶瓷材料,在热障涂层领域中具有巨大的应用前景。然而,目前制备出来的MAX相材料具有热导率高、热膨胀系数大、熔点低等不足。因此,如何设计出高温性能优异、结构稳定的新型MAX相材料,成为开发新型高温涂层的主要问题。本文采用第一性原理计算方法,系统地研究了NbAN(A=Si、Ge、Sn)化合物的结构稳定性、力学和热物理性能,通过对其晶体结构、力学性能和热物理性能等参数的计算,探讨了NbAN(A=Si、Ge、Sn)化合物中热导率低、热膨胀系数匹配、熔点高的最优化学组分。并进一步探索了NbSn N化合物在实际使用过程中可能形成的空位、反位和自间隙等缺陷对其晶体结构和热物理性能的影响规律,分析了Ti原子在M位点的占位分布对(NbTi)Sn N MAX相固溶体性能的影响规律。主要研究结论如下:(1)结合能、形成焓、弹性常数和晶格动力学的结果表明,NbAN(A=Si、Ge、Sn)具有良好的结构稳定性、机械稳定性和本征稳定性。尤其是三种化合物中NbSn N具有最低的各向异性和最高的延性,而且低的杨氏模量(E=142 GPa)意味着可能具有更高的应变容限和更好的抗热震性。尽管NbSn N的熔点(2793K)不是其中最大的,但在300～1452 K温度范围内具有与镍基合金最好的热膨胀系数匹配性能和最低的热导率,因此其可能是一种非常有应用前景的热障涂层材料。(2)NbSn N化合物正的缺陷形成能表明本征缺陷不易自主产生,而且本征缺陷更容易在MX片层和A原子层之间形成,其中N原子进入间隙位置的缺陷形成能最低。形成空位缺陷时会增大NbSn N化合物的弹性模量和热导率,而形成反位缺陷时会降低NbSn N化合物的力学性能,尤其是形成Nb 反位缺陷时的杨氏模量降低了14%,但可能会具有更好的抗热震性能。而且Nb 和Nb 反位缺陷的产生增强了声子的散射效果,使其具有更低的晶格热导率(分别为3.87W·m·K、3.44 W·m·K)。NbSn N化合物中N原子进入MX层和A原子层之间的间隙位置时能够形成稳定的自间隙缺陷,但会明显地降低其力学性能,尤其是当N原子占据Sn原子层间隙位时体积模量和杨氏模量分别下降了17%和24%,同时晶格热导率和最低导热系数(2.3 W·m·K和0.54 W·m·K)也最小。(3)(NbTi)Sn N(x=0、0.2、0.4、0.6、0.8、1)MAX相固溶体具有较好的结构稳定性,而且随着x的增加,力学性能也随之提高,其中TiSn N具有的杨氏模量最高(202 GPa)和硬度最大(11.23 GPa),然而弹性模量的增加意味其抗热震性能的下降,NbSn N和(NbTi)Sn N因为较低的杨氏模量(142 GPa和153 GPa)而可能具有更好的抗热震性能。(NbTi)Sn N的热导率也会随着固溶比例x的增大而增大,在100～1500 K温度范围内NbSn N和(NbTi)Sn N具有较低的晶格热导率,并且当x=0.2时具有与Ni基高温合金非常相近的热膨胀系数(13.4×10/K),因此(NbTi)Sn N有望成为一种更为优异的镍基合金热障涂层保护层材料。

关键词： Nb2AN(A=Si、Ge、Sn) 第一性原理热障涂层本征缺陷固溶强化

激光熔覆FeCoCrNiCuNbx高熵合金组织与性能研究

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激光熔覆FeCoCrNiCuNbx高熵合金组织与性能研究

作者：杨楠南昌航空大学

学位级别：硕士

高熵合金具有优异的综合性能,在涂层领域具有广阔的应用前景。本文采用激光熔覆技术在不锈钢表面制备Fe Co Cr Ni Cu Nb高熵合金涂层,深入研究激光工艺参数对涂层成形质量的影响规律,探明了高质量涂层的制备工艺参数;对比不同元素配比... 详细信息

高熵合金具有优异的综合性能,在涂层领域具有广阔的应用前景。本文采用激光熔覆技术在不锈钢表面制备Fe Co Cr Ni Cu Nb高熵合金涂层,深入研究激光工艺参数对涂层成形质量的影响规律,探明了高质量涂层的制备工艺参数;对比不同元素配比涂层的组织性能差异,揭示了Nb元素对涂层组织性能的调控机制;针对涂层在熔覆过程中产生的成分偏析现象对其进行退火热处理,探究了退火后涂层组织性能的变化规律。分别改变激光功率(700W～1500W)和扫描速度(6 mm·s～14 mm·s)进行单道熔覆实验,以稀释率为主要评定指标,结合不同参数下涂层的宏观形貌,得出相对优异的工艺参数。结果表明,不同参数下涂层的宏观形貌差异较小,稀释率随激光功率和扫描速度的增加均呈现先减小后增大的趋势,当激光功率为1100 W,扫描速度为12 mm·s时,涂层的稀释率最小,此时参数最佳。研究了Nb元素含量对涂层组织性能的影响,分析Nb元素含量改变所引起的涂层组织变化规律,结合不同涂层的性能变化趋势,探究Nb元素对于涂层组织-性能的调控机理。结果表明,当Nb原子配比为0.1和0.2时,涂层组织中只存在FCC相,当其增加至0.3时,组织中开始出现laves相且伴随有共晶相产生,Nb元素含量越大,涂层中的laves相及共晶组织数量越多。涂层的硬度随着Nb元素含量的增加而增大,磨损性能则呈现先增强后减弱的趋势,当Nb原子配比为0.4时,涂层的磨损性能最佳。分析了涂层经过退火热处理后组织与性能的变化。结果表明:退火后高熵合金涂层的组织及元素分布更加均匀,晶粒也得到了细化。涂层的显微硬度呈现略微降低的趋势,但其空间分布更加均匀;此外,涂层的磨损性能也出现了一定的变化,Nb原子配比为0.5的退火态涂层磨损性能最佳。

关键词：激光熔覆高熵合金涂层组织磨损性能

热处理对0Cr21Ni6Mn9N含氮奥氏体不锈钢管组织与性能的影响

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热处理对0Cr21Ni6Mn9N含氮奥氏体不锈钢管组织与性能的影响

作者：袁丰伟南昌航空大学

学位级别：硕士

0Cr21Ni6Mn9N含氮奥氏体不锈钢管(以下简称21-6-9冷拔管)因强度高、塑韧性好、成型性好及耐腐蚀等优点，而具有作为航空发动机油管材料应用的潜力。但其生产过程中要进行多次冷拔加工，为了消除冷拔后所产生的残余应力及加工硬化，以便... 详细信息

0Cr21Ni6Mn9N含氮奥氏体不锈钢管(以下简称21-6-9冷拔管)因强度高、塑韧性好、成型性好及耐腐蚀等优点，而具有作为航空发动机油管材料应用的潜力。但其生产过程中要进行多次冷拔加工，为了消除冷拔后所产生的残余应力及加工硬化，以便顺利完成下一次冷拔成型，需进行适当热处理来改善其综合力学性能。本文研究了固溶及时效对国产和进口21-6-9冷拔管显微组织的影响，利用热力学软件、OM、XRD等手段探讨了固溶及时效对冷拔管晶粒尺寸、孪晶变化及第二相的影响。系统研究了退火处理对21-6-9冷拔管显微组织和力学性能的影响规律。固溶及时效对冷拔管显微组织的影响结果表明：国产和进口冷拔管经1100℃固溶后均为奥氏体组织，与来料状态相比，晶粒尺寸变大，孪晶含量增多，国产冷拔管来料时存在的第二相消失。国产冷拔管经650℃时效后孪晶含量较固溶后增加，但850℃时效后其含量却比650℃时效后减少;进口冷拔管在650℃时效后孪晶含量较固溶后减少，但经850℃时效后含量同650℃时效后基本相同。两种冷拔管在650℃时效后晶界处均有析出物，其含量随时效温度的升高逐渐增多。退火温度对冷拔管组织和性能的影响规律表明：国产冷拔管在550℃以上退火过程中孪晶含量随温度的升高逐渐减少;进口冷拔管在550～650℃之间退火时，孪晶含量随温度的升高而增加，退火温度超过650℃时，其含量逐渐减少。国产冷拔管经650℃退火后，析出量明显增多，析出物为CrN，850℃退火后消失;进口冷拔管经650℃退火后开始有粒状M23C6型碳化物析出，析出温度范围在650～900℃，但两者的析出敏感温度均在800℃左右。对力学性能的研究显示，国产冷拔管经500℃退火后抗拉强度达到1062MPa，600℃退火后，屈服强度达到942MPa;进口冷拔管经500℃退火后抗拉强度和屈服强度分别达到1041MPa和924MPa。通过研究700℃时保温时间对冷拔管组织的影响结果表明：国产冷拔管经60min保温后，孪晶含量最少，在60～360min保温过程中，随保温时间的延长孪晶含量逐渐增多;进口冷拔管保温60min后，孪晶含量较保温40min时有所增加，但保温120min后，孪晶含量较保温60min时有所减少，在120～360min保温过程中，随保温时间延长孪晶含量逐渐增多。经10min的保温后，晶界处均有第二相析出，且随保温时间延长，析出量逐渐增多。

关键词： 0Cr21Ni6Mn9N冷拔管再结晶退火孪晶析出相力学性能

基于DFT和MD方法研究激光熔覆YSZ@Ni涂层的界面稳定机制

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基于DFT和MD方法研究激光熔覆YSZ@Ni涂层的界面稳定机制

作者：谭勇南昌航空大学

学位级别：硕士

激光熔覆技术制备纳米YSZ@Ni热障涂层在航空航天领域具有广阔的应用前景,而界面稳定性是影响纳米热障涂层性能优劣的主要因素。基于当前实验上难以观测激光熔覆过程中涂层与基体界面的实时演变过程,本文采用密度泛函理论(DFT)和分子动力... 详细信息

激光熔覆技术制备纳米YSZ@Ni热障涂层在航空航天领域具有广阔的应用前景,而界面稳定性是影响纳米热障涂层性能优劣的主要因素。基于当前实验上难以观测激光熔覆过程中涂层与基体界面的实时演变过程,本文采用密度泛函理论(DFT)和分子动力学(MD)计算方法,系统研究YSZ@Ni涂层与Fe基体或Ni基体界面结合强度,从原子尺度分析界面结合的稳定性机制,探索了界面结合的韧脆性转变特征,研究界面的能态与电子结构,考察界面原子扩散及其对界面稳定性的影响,具体研究内容如下:首先,系统地研究了YSZ@Ni涂层与Fe基体的界面结合强度。通过第一性原理计算了ZrO/Ni、Ni/FeCr和ZrO/FeCr界面能态与电子结构,发现ZrO/Ni界面模型中只能以ZrO(100)/Ni(100)(O|Ni)界面结合形式稳定存在。通过对Ni/Fe(100)、(110)和(111)界面模型的断裂功计算,发现Ni(100)/Fe(100)界面模型的断裂功最大,Cr元素掺杂后,Ni(100)/FeCr(100)界面模型的形成热和结合能较原始模型明显降低,而其断裂功明显增加,表明Cr元素掺杂能够显著增强Ni/Fe界面稳定性。Mulliken布居计算表明,ZrO/Ni(O|Ni)、ZrO/FeCr(O|Fe)和ZrO/FeCr(O|Cr)三种异质界面模型中界面层原子之间的Mulliken键合布居强度变化趋势为QO-Ni>QO-Cr>QO-Fe,对比层内与层间的局部布居强度比值(RLBOP),发现Ni(111)/Fe(111)界面模型的RLBOP最大,而Ni(100)/Fe(100)界面模型的RLBOP最小,掺杂Cr元素后,Ni(100)/FeCr(100)界面模型的RLBOP变得最小,表明Cr元素掺杂能够改善界面韧脆性。电子密度差分计算显示,Ni(110)/Fe(110)和Ni(111)/Fe(111)两个界面模型的脆性倾向来源于其蝴蝶状的的共价键特性,而Ni(100)/Fe(100)和Ni(100)/FeCr(100)界面模型的韧性倾向来源于其均匀分布的金属键特性。其次,探究了YSZ@Ni涂层与Fe基体的界面原子扩散。通过MEP方法计算了处于基态的界面原子扩散过程,发现Zr?Ni和Ni?Fe原子间的相互扩散是一个吸热反应,而Ni?Cr原子间相互扩散取决于Cr原子在界面处的位置:当Cr原子处于界面最近邻处的位置时,Ni?Cr之间的扩散也是一个吸热反应;当Cr原子处于界面次近邻位置或者增加Cr元素的含量时,Ni?Cr之间的扩散则是一个放热反应。进一步采用分子动力学(MD)方法考察了不同温度下Fe、Cr、Ni三种原子扩散能力,发现在熔化和凝固过程中,它们的扩散系数变化趋势为DFe>DCr>DNi,但是体系在开始凝固形核的温度变化微小区域内,三种原子的扩散系数急剧下降,而扩散系数又呈现出DNi>DFe≈DCr的趋势。最后,系统地研究了YSZ@Ni涂层与Ni基体的界面稳定性。通过第一性原理计算发现界面粘结层中AlO相的形成热比TiO2相的要低,表明前者比后者更容易形成。Mulliken布居分析表明ZrO/Al(O|Al)界面结构最不稳定,布居强度为0.133,其次为ZrO/AlO(Zr|O)界面模型,ZrO/Ni(O|Ni)界面模型的布居强度最大。进一步采用分子动力学(MD)方法考察了不同温度下Ni、Fe、Al和Ti四种原子的扩散能力,发现升温和降温过程中,Ni/NiFeAl界面模型中三种原子的扩散系数一直呈现出DNi>DFe>DAl的趋势,在Ni/NiAlTi界面模型中三种原子的扩散系数呈现出DNi>DTi>DAl的规律,归一化后,NiFeAlTi四元体系的扩散系数变化为DNi>DFe>DTi>DAl。

关键词： YSZ@Ni纳米核壳粒子界面稳定性电子结构扩散系数第一性原理分子动力学

激光熔覆修复YSZ热障涂层及其抗热震性能研究

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激光熔覆修复YSZ热障涂层及其抗热震性能研究

作者：陈举南昌航空大学

学位级别：硕士

热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)是先进航空发动机和地面燃气轮机研制的关键技术,其优异的隔热性能显著降低了合金基体的服役温度,有效提升了发动机的燃油效率和推重比。YO部分稳定的Zr O(简称YSZ)是目前广泛使用的热障涂层材... 详细信息

热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)是先进航空发动机和地面燃气轮机研制的关键技术,其优异的隔热性能显著降低了合金基体的服役温度,有效提升了发动机的燃油效率和推重比。YO部分稳定的Zr O(简称YSZ)是目前广泛使用的热障涂层材料。然而,热障涂层材料不可避免地存在失效问题,大大降低了热端部件的使用寿命。为此,本文提出采用激光熔覆技术修复热障涂层,研究了不同YSZ熔覆粉末下修复涂层的组织演变规律,获得了最优的YSZ熔覆粉末类型,探索了YSZ及其复合粉末在激光作用下的成形规律,分析了工艺参数对修复层成形组织的影响规律,揭示了修复层的抗热震机理。研究了YSZ、YSZ/NiCoCrAlY、YSZ@Ni/NiCoCrAlY三种粉末对涂层成形质量的影响。结果表明,比等离子喷涂相比,激光熔覆技术制备的YSZ修复层层组织更为致密,但仍存在裂纹、烧蚀现象,并与基体呈机械结合的状态;YSZ/NiCoCrAlY粉末制备的熔覆层易导致两相分离,熔覆层与基体之间表现为无明显界面,熔合线处的裂纹和表面未熔颗粒与激光能量密度无关;YSZ@Ni/NiCoCrAlY粉末制备的熔覆层具有与YSZ/NiCoCrAlY粉末类似的分层特性,但具有较好的组织均匀性与成形质量;熔覆层与陶瓷层界面间的元素扩散表明该部位层较好的冶金结合状态。分析了激光功率和扫描速度对YSZ@Ni/NiCoCrAlY粉末激光熔覆修复热障涂层组织的影响规律。结果表明,较低的激光功率导致修复层表面存有未熔颗粒,而较高的激光功率会增大组织裂纹敏感性,同时导致涂层表面烧蚀;较低的扫描速度导致涂层内部产生孔隙,而较高的扫描速度会引入明显的裂纹和未熔颗粒。随着激光功率和扫描速度的增加,涂层稀释率也随之增大。当激光功率为1000W,扫描速度为360mm/min时,涂层缺陷显著减少,组织分析表明该工艺下的陶瓷层部分Zr O沿激光入射方向生成了等轴晶、柱状晶、胞状晶和平面晶,枝晶间的液体部分形成了由AlO和Zr O组成的的共晶组织,而粘结层主要为金属、合金氧化物,其中Ni、Zr以金属间化合物的形式存在于晶界处。揭示了YSZ@Ni/NiCoCrAlY修复层的抗热震机理。结果表明,经过30次热震实验后涂层的剥脱面积超过5%,50次热震实验后陶瓷层几乎已完全剥脱,这主要是由于粘结层氧化产生的热生长层,热生长层的主要成分为FeCrO、Ni CrO、AlO等合金及金属氧化物,元素分析发现核壳粉末中Ni元素的加入促进了Ni CrO的生成,有效阻止了热生长层的生长以及延缓了粘结层的进一步氧化。

关键词：激光修复激光熔覆 YSZ热障涂层成形组织抗热震性能

激光熔覆YSZ@Ni纳米核壳粒子制备复合涂层及其形成机制研究

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激光熔覆YSZ@Ni纳米核壳粒子制备复合涂层及其形成机制研究

作者：熊玲玲南昌航空大学

学位级别：硕士

针对纳米YSZ(Y2O3部分稳定的ZrO2)粉末在激光熔覆过程中的团聚、飞溅等问题,采用化学镀法制备的纳米YSZ@Ni核壳粒子来解决此关键问题。探讨了纳米YSZ@Ni核壳粒子在激光作用下的熔凝行为;研究了工艺参数对熔覆涂层组织和硬度的影响;探究... 详细信息

针对纳米YSZ(Y2O3部分稳定的ZrO2)粉末在激光熔覆过程中的团聚、飞溅等问题,采用化学镀法制备的纳米YSZ@Ni核壳粒子来解决此关键问题。探讨了纳米YSZ@Ni核壳粒子在激光作用下的熔凝行为;研究了工艺参数对熔覆涂层组织和硬度的影响;探究了激光熔覆涂层的组织演变规律及形成机制。研究了不同成型粉末对激光熔覆制备涂层组织的影响。结果表明,激光熔覆纯纳米YSZ粉和机械混合的YSZ/Ni粉制备的涂层存在组织不均匀现象,而激光熔覆纳米YSZ@Ni核壳粒子制备的涂层组织均匀、致密,且与基体结合良好。这是因为壳层Ni能改善陶瓷相YSZ与Ni基合金基体之间的相容性。在激光熔覆过程中还发现,纯纳米YSZ粉末在激光冲击下飞溅最严重,YSZ/Ni混合粉次之,YSZ@Ni核壳粒子粉最好。通过系统研究激光熔覆单层、三层和八层纳米YSZ@Ni核壳粒子粉,揭示涂层组织演变规律及形成机制。在激光熔覆过程中纳米YSZ@Ni核壳粒子全部熔化,并产生分层现象,核-YSZ相上浮到熔池上部形成陶瓷层,壳-Ni扩散到熔池下部与基体扩散出来的Fe、Cr形成Fe-Cr-Ni合金粘结层。单层试样中YSZ在涂层中分布成四种状态,除了先共晶相YSZ、镶嵌在晶界的颗粒状及少量团聚态的“花状”YSZ外,最主要形成了YSZ/FeCr2O4共晶组织。在三层和八层熔覆试样中,主要以YSZ/FeCr2O4共晶组织形式存在,且熔覆层数越多,涂层组织越均匀,显微硬度也更高。研究了工艺参数对激光熔覆YSZ@Ni纳米核壳粒子制备复合涂层的影响。在其他激光工艺参数相同的情况下,随着扫描速度增加,陶瓷层的厚度减少,组织也逐步有分层的趋势;激光功率对陶瓷层的厚度无明显的线性规律,随着激光功率的增加,熔池深度增加,导致熔覆层内部陶瓷层与合金粘结层之间形成富含Cr、O元素的扩散连接区;当铺粉厚度低于0.3 mm,形成涂层太薄;铺粉厚度增加,熔覆层厚度增加,厚度增加为0.8 mm,试样的陶瓷层厚度可达120μm,继续增加厚度制备出的涂层效果不佳。相对来说,在激光功率为1500 W、扫描速度为600 mm/min、铺粉厚度为0.3 mm和光斑直径为5 mm时,激光熔覆YSZ@Ni纳米核壳粒子制备出的涂层组织均匀,显微硬度高达1436 HV0.2。

关键词：纳米YSZ@Ni核壳粒子激光熔覆纳米陶瓷涂层熔凝行为工艺参数形成机制

纳秒激光冲击Ti2AlNb合金表层组织演变规律及工艺优化

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纳秒激光冲击Ti2AlNb合金表层组织演变规律及工艺优化

作者：熊聪南昌航空大学

学位级别：硕士

Ti-22Al-27Nb合金作为TiAlNb基合金“第二代”,由于具有低密度、高比强度和良好的抗氧化性而具有作为航空高温结构材料应用的潜力。然而,金属构件在服役过程中发生的疲劳破坏往往是由于其表面存在缺陷。因此,亟需提高其表面相关性能。... 详细信息

Ti-22Al-27Nb合金作为TiAlNb基合金“第二代”,由于具有低密度、高比强度和良好的抗氧化性而具有作为航空高温结构材料应用的潜力。然而,金属构件在服役过程中发生的疲劳破坏往往是由于其表面存在缺陷。因此,亟需提高其表面相关性能。本文采用激光冲击强化技术对该TiAlNb合金表面进行处理,研究激光冲击工艺参数对Ti-22Al-27Nb合金表层组织和性能的影响规律,探索工艺参数对该合金试样表面的强化机理并得出最优工艺参数。具体研究内容如下所:(1)研究了激光能量、光斑直径、光斑搭接率、激光冲击次数及吸收层种类等工艺参数对Ti-22Al-27Nb合金表层组织、显微硬度、表面形貌以及粗糙度的影响。实验结果表明:激光冲击后Ti-22Al-27Nb合金表层部分B2相转变为O相,且硬度提高。不同工艺参数对O相转变的影响程度为:激光冲击次数>激光能量>吸收层种类>光斑搭接率>光斑直径;随着激光冲击次数的增加,产生的冲击波压力使合金表层O相转变越多,当达到一定的阈值后增值幅度将减少,当冲击三次时与基体相比最大增加了21.63%。不同工艺参数对显微硬度和粗糙度的影响程度与O相转变规律一致,显微硬度的增加主要是由于冲击波引起的残余压应力及其引发O相转变程度,与基体相比显微硬度提升29.38%,达到414HV。不同工艺参数对表面形貌的影响程度为:光斑搭接率>激光冲击次数>激光能量>吸收层种类>光斑直径,影响表面形貌的最大因素为作用于试样表面能量的均匀性,当光斑直径为3mm时试样表面形貌最好,且表面粗糙度变化细微,由冲击波引起的表面凹坑边缘圆滑过渡且试样表面无起皮、塌陷等其他缺陷。(2)探索工艺参数对Ti-22Al-27Nb合金试样表面的强化机理,实验结果表明:激光冲击Ti-22Al-27Nb合金试样表层性能强化机理主要为第二相强化、加工硬化以及塑性变形引起的残余应力共同作用的结果。由TEM组织分析可知,激光冲击处理后的Ti-22Al-27Nb合金试样表层O相含量增多,表层组织内产生大量多系孪晶,多系孪晶间相互切割,形成大量位错,导致位错塞积、位错胞、层错以及位错缠结的形成,位错塞积会导致应力集中,达到临界切应力时会产生形变孪晶,平行的位错线密度达到一定值会聚集成束进而形成位错墙,位错墙在晶界处受到阻碍发生堆积形成亚晶界,诱导新相生成,使得试样最表层显微硬度的提升,从而改善Ti-22Al-27Nb合金试样的使用性能。(3)综合比较不同工艺参数激光冲击对Ti-22Al-27Nb合金表层组织和性能的影响,得到Ti-22Al-27Nb合金最佳激光冲击工艺实验方案为采用0.8mm厚的黑胶带作为吸收层,光斑直径为3mm,搭接率为50%,能量为25J,激光冲击次数为3次;试样近表层区域O相体积分数为71.63%,表面粗糙度为Ra=7.54μm且表面形貌良好,最表层显微硬度为414HV,显微硬度层深为1610μm。

关键词： Ti-22Al-27Nb合金激光冲击组织相变表面性能强化工艺优化

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RGO/Cu复合材料的制备与性能研究

RGO/Cu复合材料的制备与性能研究

作者：吴廷光南昌航空大学

学位级别：硕士

石墨烯(Gr)具有碳原子sp2杂化轨道组成的单原子层厚的二维晶体结构,其电学、光学、热学和机械性能优异,作为增强相已成功用于金属基复合材料,特别是对于铜基复合材料。虽然石墨烯能够提高铜基材料硬度与抗拉强度,但如何改善石墨烯的分... 详细信息

石墨烯(Gr)具有碳原子sp2杂化轨道组成的单原子层厚的二维晶体结构,其电学、光学、热学和机械性能优异,作为增强相已成功用于金属基复合材料,特别是对于铜基复合材料。虽然石墨烯能够提高铜基材料硬度与抗拉强度,但如何改善石墨烯的分散性以及提高基复合材料的伸长率,是目前急需解决的关键问题。本文采用复压复烧方法来制备还原氧化石墨烯/铜复合材料,并结合超声分散与湿法球磨技术提高氧化石墨烯的分散性,探究了氧化石墨烯的添加量对复合材料组织与性能的影响;基于正交实验优化了RGO/Cu复合材料制备工艺,得到以下主要结论:研究了不同增强相对铜基复合材料微观组织的影响,结果表明,RGO的分散性明显优于C、CNT和Gr,因此RGO/Cu复合材料相对密度最高(99.04%),且电导率最大(91.64 IACS%)。增强相的添加提高了复合材料的显微硬度和抗拉强度(石墨除外),其中RGO/Cu复合材料显微硬度和抗拉强度均最高,分别为71.2 HV和229.22 MPa,相比于纯铜分别提高了23.6%和25.35%,细晶强化和位错强化是其主要强化机制。而由于铜-碳界面强度较低,导致RGO/Cu复合材料断后伸长率低于纯铜,为66.8%。正交实验结果表明,工艺参数对RGO/Cu复合材料相对密度影响程度的主次顺序为:复压压力>初压压力>初烧温度>复烧温度。对RGO/Cu复合材料显微硬度影响程度的主次顺序依次为:初压压力>初烧温度>复压压力>复烧温度。综合考虑各因素的影响,获得了0.5 wt.%RGO/Cu复合材料较佳制备工艺参数:初压压力600 MPa,初烧温度950℃,复压压力1000 MPa,复烧温度600℃,并采用较佳工艺参数制备RGO/Cu复合材料伸长率达67.98%。探究了GO添加量对复合材料组织与性能的影响,当GO添加量超过0.5wt.%时,RGO团聚加剧,RGO/Cu复合材料相对密度先增大后减小。0.5 wt.%RGO/Cu复合材料的相对密度最大,为99.4%。Cu-RGO-Cu的界面传导不利于电子传导,导致RGO/Cu复合材料电导率随GO添加量的上升而下降,1.0 wt.%RGO/Cu复合材料电导率下降至90.83 IACS%。GO添加量越大,RGO/Cu复合材料的显微硬度越高,分别为68.4 HV(0.3 wt.%)、71.2 HV(0.5 wt.%)和80.6HV(1.0 wt.%)。然而Cu-RGO的界面结合强度低和RGO的团聚导致RGO/Cu复合材料断裂机制由韧性断裂(0.3-0.5 wt.%)转变为半脆性断裂(1.0 wt.%),其抗拉强度和断后伸长率逐渐下降,其中0.3 wt.%RGO/Cu复合材料伸长率达76.7%。

关键词： RGO/Cu复合材料复压复烧法工艺参数优化分散性伸长率

激光重熔改性YSZ热障涂层抗CMAS腐蚀行为研究

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激光重熔改性YSZ热障涂层抗CMAS腐蚀行为研究

作者：周培峰南昌航空大学

学位级别：硕士

等离子喷涂制备的YO部分稳定的ZrO(简称为YSZ)热障涂层,因其具有较低的成本及较高的隔热性而广泛用来提高航空发动机高压涡轮叶片等热端部件的工作温度。但在其服役过程中,大气、灰尘中带入的低熔点钙镁铝硅颗粒(Ca O-Mg O-AlO-SiO,简称... 详细信息

等离子喷涂制备的YO部分稳定的ZrO(简称为YSZ)热障涂层,因其具有较低的成本及较高的隔热性而广泛用来提高航空发动机高压涡轮叶片等热端部件的工作温度。但在其服役过程中,大气、灰尘中带入的低熔点钙镁铝硅颗粒(Ca O-Mg O-AlO-SiO,简称CMAS)会沉积在热障涂层表面,造成热障涂层脱落失效,严重危害发动机的安全运行。本文采用激光重熔技术对等离子喷涂制备的YSZ热障涂层表面进行改性处理,以期提高热障涂层抗CMAS高温腐蚀性能。研究了激光重熔YSZ热障涂层过程中组织演变规律,探究了激光工艺参数对涂层组织结构的影响机制,揭示激光重熔层抗CMAS高温腐蚀机理,具体研究如下:(1)研究了不同激光比能重熔YSZ热障涂层组织演变规律,实验结果表明:采用激光重熔工艺对涂层改性处理后,喷涂态涂层组织中的孔隙、裂纹等缺陷被消除,以机械结合形式的层状结构组织转变为化学冶金结合的致密重熔层组织。在激光重熔过程中,激光比能的大小影响重熔程度及组织孔隙改善情况,激光比能为22.22J/mm时,重熔程度较小,重熔层深为180μm;激光比能为66.67J/mm时,涂层组织孔隙改善情况最好,孔隙率由21.4%降低至1.9%。(2)探究了激光功率、扫描速度、激光搭接率工艺参数对重熔层组织的影响机制,结果表明:激光功率对重熔组织致密度影响最大,当激光功率为700W时,重熔层组织致密度可达93.9%;激光搭接率对重熔成型质量影响较大,当搭接率为25%时,可有效减少激光重熔能量持续注入熔池导致搅拌条纹区域出现的现象;扫描速度对涂层重熔成型影响较小,当扫描速度为120mm/min时,较慢的扫描速度有助于重熔层组织均匀成型。综合分析,较佳激光重熔工艺参数为:激光功率500W;扫描速度120mm/min;光斑直径3mm;激光搭接率25%。(3)详细研究了激光重熔层抗CMAS高温腐蚀的机理,实验结果表明:等离子喷涂制备的YSZ涂层表层经熔盐CMAS腐蚀后,表层组织出现了尺寸0.5μm-1μm的球状m-ZrO颗粒,在涂层内部生成MgAlO提高了内应力,造成裂纹萌生扩展;然而,YSZ涂层表层经激光重熔处理后,重熔层组织较致密,阻碍了CMAS熔盐中Ca、Mg、Al、Si元素向涂层内部扩散,减少了腐蚀产物的生成,大幅度提升了涂层的抗CMAS高温腐蚀性能。

关键词：激光重熔 YSZ热障涂层 CMAS高温腐蚀组织致密度元素扩散