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納米結構雙陶瓷熱障塗層材料

主要研究內容

熱障塗層(TBC)被廣泛地應用在飛機發動機、渦輪機和汽輪機葉片上,保護高溫合金基體免受高溫氧化、腐蝕,起到隔熱、提高發動機進口溫度和發動機推重比作用的一種陶瓷塗層材料。

7±1wt%Y2O3穩定的ZrO2(即8YSZ)材料被用做熱障塗層材料已應用幾十年了。盡管研究表明納米8YSZ塗層效果更佳,但隨著對發動機,渦輪機性能要求的提高,這種體系的熱障塗層已不能適應更高溫度下工作。爲滿足未來先進航空發動機對TBC更苛刻的性能要求,各種關于TBC的新材料和新工藝得到了快速發展。

由于锆酸鹽系列材料耐高溫,熱導率低,線膨脹系數大,決定了它在耐高溫熱障塗層的潛在應用。所以,主要的發展趨勢是采用锆酸鹽系列材料替代現有的8YSZ材料做熱障塗層,尤其是含锆酸鹽的雙陶瓷熱障塗層被認爲是未來發展長期使用溫度高于1200℃的最有前景的塗層結構之一。但目前還沒有可用于納米結構熱噴塗的锆酸鹽粉體。我們首次成功制備出了锆酸镧LZ納米結構粉體喂料。並將它們與8YSZ粉體喂料采用等離子噴塗方式噴塗成納米結構的雙陶瓷型n-LZ/8YSZ熱障塗層。爲進行對比,也制備了傳統微米結構單陶瓷型8YSZ和納米結構單陶瓷型8YSZ熱障塗層。結果表明,納米結構的雙陶瓷型塗層的隔熱效果明顯好于其它塗層,與相同厚度的納米結構單陶瓷型8YSZ熱障塗層和傳統微米結構單陶瓷型8YSZ熱障塗層相比,隔熱效果分別提高了35%和70%。此外,納米結構的雙陶瓷型塗層具有比其它兩種塗層層更好的熱震性能。

中国专利:ZL 02132534.0;ZL 200910072451.5

技術指標

納米結構的雙陶瓷型塗層的隔熱效果明顯好于其它塗層,其平均隔熱溫度爲220.1℃,較相同厚度的納米結構單陶瓷層8YSZ熱障塗層的隔熱效果大約提高了35%。較相同厚度的傳統結構單陶瓷層8YSZ熱障塗層的隔熱效果大約提高了70%。且納米結構的雙陶瓷型塗層具有更好的熱震性能和抗高溫氧化能力。

應用領域

廣泛地應用在航空發動機,渦輪機,汽輪機葉片上,保護高溫合金基體(鎳基高溫合金,钴基高溫合金)免受高溫氧化,腐蝕、磨損。起到隔熱,提高發動機進口溫度,發動機的流量比和推重比作用的一種陶瓷塗層材料。作爲第四代防護塗層的代表,熱障塗層(TBC)是目前高溫防護性能最佳、應用前景最好的表面防護塗層之一。

  負責人:王鈾教授   E-MAIL:wangyou1954@126.com 

        王鈾,男,漢族,1954年生。現任哈爾濱工業大學材料科學系教授、博士生導師。

王鈾教授是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:/people/show.php?itemid=3289 

 

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