PS-PVD热障涂层抗沙尘冲刷行为研究

为提高PS-PVD热障涂层的抗沙尘冲刷性能,采用等离子喷涂-物理气相沉积技术(PS-PVD)在粘结层表面制备7YSZ热障涂层,在大气环境下进行了抗沙尘冲刷试验,研究了PS-PVD热障涂层的冲刷行为及失效机制。通过等离子喷涂技术(APS)在PS-PVD热障涂层表面制备了一层致密层状涂层,重点研究了致密层厚度对PSPVD热障涂层抗冲刷失效性能的影响。结果表明PS-PVD热障涂层冲刷过程经历了快速、中速、慢速冲刷三个阶段。随着致密层厚度的增加,对PS-PVD热障涂层抗冲刷性能的提升愈加明显。当致密层厚度为5μm时,对PS-PVD热障涂层抗冲刷性能无明显影响;当致密层厚度为10μm时,PS-PVD热障涂层抗冲刷性能提高了约30%;当致密层厚度为20μm时,PS-PVD热障涂层抗冲刷性能约提高了4倍。     

喷涂参数对内送粉等离子喷枪制备YSZ涂层微观结构和性能的影响

为了进一步提高大气等离子喷涂YSZ热障涂层性能并降低其成产成本,开发了内送粉等离子喷枪.本文采用Spray Watch 2i在线监测系统测量了YSZ粉末粒子温度和飞行速度,采用实验室手段表征了涂层的微观结构、结合强度、弯曲性能和抗热震性能.研究结果表明,内送粉方式下喷涂距离对涂层微观结构和性能的影响规律与外送粉相似,而电流和主气流量表现出了独特的作用效果：随电流的增大,涂层综合性能先增加后降低,高电流下制备的涂层结合强度较低;在30～50 L/min范围内,增大主气流量可显著提高涂层结合强度.与外送粉最优参数制备YSZ涂层相比,内送粉时的功率消耗大幅降低,但粒子熔化效果明显增强,相同送粉速率下粉末沉积效率略有增加,涂层热循环寿命有所提高.     

工艺参数对超音速火焰喷涂Fe基非晶涂层性能的影响

Fe基非晶涂层具有优异的耐磨、耐蚀性能,以及较高的性价比,适合在表面防护涂层领域广泛应用。本文通过正交试验研究了煤油流量、氧气流量、送粉速率、喷涂距离对超音速火焰喷涂制备的Fe基非晶涂层的孔隙率、硬度、耐磨性能的影响。采用图像法、显微硬度计和摩擦磨损试验机分别对Fe基非晶涂层的孔隙率、硬度、耐磨性能进行了表征。采用X射线衍射仪和扫描电镜分别对涂层的相组成和显微结构进行了表征。通过极差分析法分析得出以涂层孔隙率最低为目标的优化制备工艺,最佳喷涂工艺参数为:煤油流量0.41 L/min,氧气流量830 L/min,喷涂距离430 mm,送粉速率40 g/min。结果表明:送粉速率和氧气流量对涂层孔隙率影响较大,进而影响涂层的硬度及耐磨性能。孔隙率随着氧气流量和送粉速率的增加而增加,随着煤油流量和喷涂距离的增加而降低。制备的Fe基非晶涂层硬度达到1158.9HV0.2,孔隙率为1.22%,磨损实验的质量损失量只有316L不锈钢的一半。     

三阳极等离子喷涂纳米氧化锆涂层工艺研究

本文采用国产纳米ZrO2-7％Y2O3粉体,通过三阳极等离子喷涂系统（Delta）制备热障涂层,对工艺参数和涂层性能之间的关系进行了研究.根据所采用的L934正交试验设计,对工艺参数,孔隙率以及结合强度之间的关系进行统计学分析,结果表明三阳极等离子喷涂系统在采用内径7mm喷嘴的情况下,由于射流速度快（约250m/s）,以及送粉速率大等因素的影响,所制备的热障涂层孔隙率为14.8％～26.2％,结合强度为13.4～30MPa.等离子弧、氢气流量和送粉速率是影响涂层性能的重要因素,喷涂距离在100～140mm之间对涂层性能影响不明显.     

工艺参数对氧-丙烷超音速火焰喷涂纳米WC-CoCr涂层组织及性能的影响

采用氧-丙烷超音速火焰喷涂技术在ZG06Cr13Ni5Mo不锈钢基材表面制备了纳米WC-10Co4Cr涂层,研究了工艺参数对涂层组织及性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分别表征了涂层的物相成分和微观组织,采用维氏硬度计和金相分析仪分别测定了涂层显微硬度和孔隙率。在料浆冲蚀条件下测试了涂层的抗泥沙冲蚀磨损性能,并分析了纳米WC-10Co4Cr涂层的冲蚀磨损机制。结果表明:不同工艺条件下制备的纳米WC-10Co4Cr涂层的主要物相为WC、W_2C和非晶态CoCr,物相含量受丙烷流量的影响较大。涂层主要由多尺度的微米-纳米WC硬质颗粒和CoCr合金粘结相组成,同时含有一定的微观孔洞、缝隙等缺陷。涂层孔隙率随丙烷流量和喷涂角度的增大而降低,而随送粉速率和喷涂距离的增大先降低后提高;涂层的显微硬度随丙烷流量、送粉速率和喷涂距离的增大先提高后降低,而随喷涂角度的增大而提高。最佳喷涂工艺条件为:丙烷流量68 L/min,送粉速率45～55 g/min,喷涂距离250 mm,喷涂角度90°。纳米WC-10Co4Cr涂层抗泥沙冲蚀性能最大可达不锈钢基材的14.26倍,冲蚀磨损机制主要为交变应力下的疲劳剥落。     

高纯氧化钇涂层制备工艺及性能研究

本文采用等离子喷涂方法制备高纯抗等离子体冲蚀氧化钇涂层,对喷涂参数进行优化,研究喷涂工艺对涂层结合强度、孔隙率、粗糙度、均匀性等性能的影响,在等离子反应室内进行了涂层贴片的抗等离子冲蚀试验研究。结果表明,电流、气体流量等热喷涂工艺参数对涂层力学性能影响较大,高纯氧化钇粉末的粒度分布影响涂层的微观组织,获得了满足抗等离子冲蚀速率要求条件下的涂层最大孔隙率。     

YSZ 粉末结构特征对其 PS-PVD 热障涂层 形貌影响的研究

热喷涂粉末材料特性对涂层组织形貌通常具有重要影响。PS-PVD技术作为一种新兴的热障涂层制备技术,受到了国内外的广泛关注,但粉末材料特性对YSZ热障涂层沉积形貌影响的研究尚待深入。本文采用化学沉淀、喷雾造粒等方法制备了适于等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)的YSZ球形团聚粉末,通过制备工艺参数的调节获得了具有不同结构特征的YSZ粉末,并对其进行了PS-PVD涂层沉积试验研究。研究结果表明,YSZ粉末在PS-PVD等离子射流中实现有效气化,首先需要粉末具有合适的粒径,粉末过粗或过细均不利于粉末气化及类柱状晶涂层结构的形成,通常D10不大于3μm、D_(50)处于5-10μm、D_(90)不大于25μm的YSZ粉末更容易气化;当粉末粒度范围和松装密度接近,内部疏松程度不同时,"二次团聚"造粒粉末经射流后气化沉积效果明显优于仅"一次团聚"粉末;对粉末进行不同程度的致密化处理后,其内聚强度和松装密度变高,由于粉末过于致密难以实现有效气化,涂层沉积速率低;而内聚强度适中,松装密度为1g/cm~3左右的粉末沉积效果较好。     

HVAF 制备 WC 基涂层结构与滑动摩擦磨损性能研究

采用HVAF超音速火焰喷涂制备三种WC基金属陶瓷复合涂层以及金属涂层Ni60,对比分析了各涂层的微观形貌、硬度、沉积速率、滑动摩擦磨损性能。结果表明:HVAF超音速火焰喷涂制备的各涂层与基体结合良好、涂层结构致密,孔隙率1.5%;随着复合涂层中碳化物陶瓷增强颗粒的增加,各涂层的显微硬度增大,沉积速率降低;摩擦磨损试验显示WC-10Co-4Cr、WC-12Co涂层磨损量仅为金属涂层Ni60的1/20,表现出优异的耐滑动磨损性能。     

等离子喷涂热障涂层组织结构与抗热震性能关系研究

采用大气等离子喷涂工艺制备了NiCoCrAlY粘结底层,选用两种微米ZrO2和一种纳米ZrO2粉末,分别采用APS1和APS2两种工艺制备面层.对三种涂层的金相组织、显微力学性能及热震性能进行了测试,对比性试验结果表明增加喷涂过程中变形粒子之间的结合强度,是提高热障涂层热震性能的途径之一;采用AOS2方法制备的热障涂层结构致密、孔隙率低、涂层硬度和弹性模量较高,具有较长的热震寿命,抗剥落性更好.     

真空冷喷涂LiNi_(0.33)Co_(0.33)Mn_(0.33)O_2涂层颗粒沉积行为研究

真空冷喷涂是一种基于室温及真空条件下超细陶瓷粉末粒子的撞击破碎实现涂层沉积的方法。目前,真空冷喷涂技术已经在微电子器件,金属防护以及新能源领域展现了良好的应用前景。本研究将目光转向锂离子电池,基于真空冷喷涂技术,在氧化铝基体上制备了锂离子电池LiNi_(0.33)Co_(0.33)Mn_(0.33)O_2(NMC)三元材料正极涂层,使用扫面电子显微镜(SEM)观察了NMC涂层的表面及截面微观形貌,使用X射线衍射(XRD)对涂层的相结构进行了测试,使用3D激光显微镜表征了涂层的表面粗糙度,系统研究了载气流量、喷涂距离、喷涂次数等沉积条件对NMC涂层微观形貌及粒子沉积行为的影响。结果表明,在真空冷喷涂NMC涂层中可以观察到明显颗粒破碎沉积现象,涂层结构致密。NMC粉末颗粒沉积方式受气流量、喷涂距离、喷涂次数等沉积条件的影响,载气流量的提高会提高粒子撞击速度,从而提高涂层沉积速率,但过高的气流量会导致粒子发生冲蚀,在涂层表面留下凹坑,致使涂层粗糙度增大。喷涂距离过大会导致NMC颗粒撞击速度减小,粒子破碎不充分,涂层呈现出类似团聚粉末堆积的疏松结构。喷涂次数影响涂层厚度,在合适的沉积参数条件下,可以通过调整喷涂次数实现涂层厚度的线性调控。     

不同显微结构 Yb2Si2O7 环境障涂层的抗热震性能研究

采用低压等离子喷涂工艺 (LPPS) 在 SiCf/SiC 复合材料表面依次制备了 Si 底层、 Mullite 中间层和 Yb2Si2O7 面层的环境障涂层。 通过不同的喷涂参数分别制备出层状结构和层柱混合结构的 Yb2Si2O7 面层, 并考察面层结构 对环境障涂层抗热震性能的影响。 结果表明, 所制备的两种面层涂层均具有孔隙率低、 界面结合紧密的特点, 层柱 混合结构的面层中柱状结构为 Yb2Si2O7 气化所形成, 而层状结构为液相沉积所形成。 X 射线衍射分析结果显示, 层状涂层结晶良好, 而层柱混合结构涂层中存在大量的非晶态。 对非晶态进行热处理可得到结晶完全的层柱混合 结构涂层。 热震实验结果表明, 层状涂层经 355 次热震后脱落面积很小, 表现出良好的抗热震性能。 相比之下, 非晶态层柱混合结构涂层经热震 3 次后即出现脱落, 经 155 次热震后脱落面积达到 5%, 抗热震性能较差。 晶态 的层柱混合结构涂层经热震 20 次后出现脱落, 随后脱落速度减缓, 但到第 40 次热震时, 涂层大块脱落加速失效。     

厚热障涂层的失效分析研究

厚热障涂层因具有优异的隔热效果, 在航空发动机热端部件防护上获得应用。 在高温燃气冲蚀环境中服役 后, 致密厚热障涂层呈局部块状剥落而失效。 本文对涂层失效后的截面形貌、 元素分布、 相结构等进行分析。 结 果表明, 涂层失效的主要原因是表面附着物的渗入和焰流冲蚀下致密厚热障涂层内部应力的增加。 采用高能等离 子喷涂制备具有弥散分布裂纹的厚热障涂层有望提高涂层寿命。     

热喷涂技术应用及研究进展与挑战

热喷涂作为重要的表面工程技术之一,是通过在材料表面制备材料保护涂层与功能涂层,赋予基体材料没有,但服役环境所必须的表面性能的方法。由于热喷涂可以制备从超过50%孔隙缺陷含量到接近完全致密的任意材料的涂层,基于缺陷控制可满足从可磨耗、耐高温隔热、耐磨损与耐腐蚀等不同服役要求,经过100余年的发展已经形成了包括等离子喷涂、超音速火焰喷涂、电弧喷涂、普通火焰喷涂等一系列方法,已经成为在众多产业领域,包括航天航空、交通运输、石油化工、电力能源、冶金钢铁、纺织与造纸、机械制造等,提高产品寿命与竞争力不可或缺的技术。制备可以提供耐磨损、耐环境腐蚀防护、耐高温隔热防护等保护涂层是热喷涂尤为重要的应用方面,热喷涂作为可显著提升结构零件耐磨损的涂层制备方法应用非常广泛,但在动载如冲蚀、空蚀、疲劳磨损、或高应力磨料磨损条件下,涂层材料的耐磨性能尚不能完全发挥;由于涂层总是存在一定的孔隙,难以以制备态直接用作长效耐腐蚀防护涂层,适当的封孔处理成为其用作耐腐蚀涂层的必要条件;包括以燃气轮机热障涂层为代表的耐高温隔热涂层等在航空与地面重型燃机中的应用,在欧美热喷涂市场中约占比60%,随着我国燃气轮机技术的发展,该市场潜力有望逐步得到发掘。热喷涂耐磨损涂层性能的进一步提升不仅需要开发新型硬质耐磨材料以及宽温域自润滑材料,还需要结合材料开发,发展可使粒子间结合充分的涂层制备方法,其次,基于涂层结构特征与服役性能关系控制磨损服役条件,防止源于粒子间脱落的加速磨损是确保长效磨损保护的基础。如何制备在喷涂态即可满足腐蚀介质不浸渗的致密涂层依然是热喷涂耐腐蚀涂层制备需要攻克的挑战。冷喷涂、等离子喷涂、物理气相沉积、液料热喷涂等新方法近年来发展迅速,与这些方法相配套的材料制备技术的发展将是这些新方法得到广泛应用的基础。新能源、医疗、民生、半导体等对导电、催化、生物活性、绝缘、耐刻蚀等功能涂层的需求也将有力推动热喷涂技术的发展。本文将结合目前热喷涂技术在国内外的应用现状与存在的问题,展望热喷涂技术进一步发展过程中有待解决的主要挑战性技术问题,为本领域技术人员合理认识热喷涂技术的特点,直面挑战,深入开展开发与基础研究,推动技术提供参考。     

热喷涂 WC-MoB-Co 金属陶瓷涂层的耐腐蚀性能研究

本文采用团聚烧结法制备了 WC-MoB-Co 金属陶瓷喷涂粉末, 使用超音速火焰喷涂技术在 316L 不锈钢基 材上制备了 WC-MoB-Co 涂层; 采用 SEM、 XRD 表征了 WC-MoB-Co 粉末和腐蚀前后涂层的微观形貌及物相组成; 测试了 WC-MoB-Co 涂层耐熔融锌铝腐蚀性能。 研究结果表明, 制备的 WC-MoB-Co 金属陶瓷复合粉末粒度集中、 流动性好、 松装密度高; WC-MoB-Co 涂层结合强度高、 孔隙率低; WC-MoB-Co 涂层具有良好的耐腐蚀性能, 随着腐蚀时间的延长, 涂层中的 WC 颗粒逐渐参与反应。     

铈锆酸镧涂层高温时效行为和热震性能研究

采用等离子喷涂制备了铈锆酸镧涂层,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、图像分析法等研究了喷涂功率对沉积态涂层表面和截面微观结构、孔隙率等的影响规律,研究了涂层在1200℃、1300℃高温100h时效下相稳定性、微观结构、孔隙率的变化,比较了不同喷涂功率涂层的抗热震性能。研究结果表明:随着等离子喷涂功率的增加,喷涂过程中半熔融颗粒比例减小,涂层的孔隙率减小。涂层经1200℃、1300℃高温保温100 h后仍然具有单一的烧绿石结构,随着热处理温度升高,涂层孔隙率减小。研究了不同功率喷涂的涂层从1250℃到冷水中的热震行为,失效机制分析表明:陶瓷层与粘结层热应力不匹配造成陶瓷层底部产生裂纹是导致涂层失效的主要方式。     

等离子喷涂纳米ZrO2热障涂层的耐盐雾腐蚀性能

对大气等离子喷涂技术制备的纳米ZrO2热障涂层进行盐雾试验,采用金相显微镜、X射线衍射仪、拉伸试验机等对试验前后涂层组织及性能进行了研究。结果表明,纳米ZrO2热障涂层具有优异的耐盐雾腐蚀能力,盐雾腐蚀对涂层的显微组织、相结构、结合强度、剪切强度和耐湿热环境能力均无明显影响。盐雾腐蚀前后纳米ZrO2陶瓷面层均由t-ZrO2单相组成,其孔隙率分别为13.1%和12.6%,平均结合强度分别达到47.9MPa和48.7MPa。湿热试验后涂层完整、表面清洁,无新相生成。     

等离子喷涂纳米ZrO2热障涂层的组织及性能研究

采用大气等离子喷涂技术制备纳米ZrO2热障涂层,采用金相显微镜、X射线衍射仪、拉伸试验机等对涂层组织及性能进行了研究。结果表明,纳米ZrO2热障涂层组织均匀,面层内孔隙较小、呈近圆形,孔隙率为9.6%;涂层由t-ZrO2单相组成,其平均结合强度和平均剪切强度较传统微米ZrO2热障涂层分别提高63.5%和50.5%,分别达到46.63MPa和23.97MPa;同时涂层具有优异的抗腐蚀性能和耐湿热能力,腐蚀和湿热试验后涂层完整、表面清洁,无新相生成。     

微纳米 涂层在 介质中的抗泥沙冲蚀性能研究

采用超音速火焰喷涂 (HVOF) 工艺制备了微纳米、 纳米和普通结构 WC-10Co4Cr 金属陶瓷涂层， 测量了涂层的显微硬度、 孔隙率和开裂韧性， 分析了三种 WC-10Co4Cr 涂层在 3.5wt% NaCl 溶液中的腐蚀电位和腐蚀电流密度， 研究了喷涂层在 NaCl 介质中的抗泥沙冲蚀性能， 并探讨了涂层在 NaCl 介质中的泥沙冲蚀机理。 结果表明： 微纳米 WC-10Co4Cr 涂层具有最优异的电化学性能； 相比于纳米、 微米涂层， 微纳米涂层的抗泥沙冲蚀磨损性能分别提高了 38% 和 78%。 微纳米 WC-10Co4Cr 涂层致密的组织结构、 高显微硬度 (1126HV0.3) 和高开裂韧性 (4.66MPa·m1/2) 有效减弱了泥沙冲蚀过程中的机械冲刷作用和电化学腐蚀作用。     

超低压等离子喷涂YSZ涂层显微组织结构研究

采用超低压等离子喷涂技术(Plasma Spray-Physical Vapor Deposition,PS-PVD)制备了YSZ涂层,对涂层的显微组织结构进行了分析,并对比了粘结层表面不同预处理对于YSZ涂层生长趋势的影响规律。研究结果表明:MCrAlY涂层致密,孔隙率为1.5%,结合强度达83.2MPa;YSZ涂层呈现明显的柱状晶结构。粘结层表面粗糙度对柱状晶生长方向影响较大,表面粗糙度越小,柱状晶生长方向越趋于一致,基本沿法向生长。在超低压状态下,涂层不存在"遮蔽效应",可实现异型面涂层制备。     

Y2O3对NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层热腐蚀性能影响行为研究

本文利用超音速火焰喷涂技术(HVOF),在20G钢表面制备了掺杂1wt.%、3wt.%、5wt.%三种不同含量Y2O3的NiCr-Cr3C2金属陶瓷复合涂层,并探究了其在650℃,Na2SO4/K2SO4熔盐环境中的热腐蚀性能。利用扫描电镜(SEM)、显微硬度计、拉伸试验机等对涂层的微观结构和力学性能进行了表征,利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱、X射线能谱仪(EDS)对复合涂层热腐蚀产物形貌、物相进行分析。结果表明掺杂1wt.%Y2O3的NiCr-Cr3C2复合涂层结构致密、孔隙率低、结合强度高,显微硬度达到801HV。热腐蚀过程中掺杂Y2O3的NiCr-Cr3C2复合涂层表面均生成耐蚀性良好且致密的Cr2O3膜。随着Y2O3掺杂量的增加,涂层的耐热腐蚀性能先升高后下降,当Y2O3掺杂量为1wt.%时,复合涂层表现出最佳的耐热腐蚀性能。