钢表面溅射Ta-W涂层的烧蚀性能研究

为提高钢表面抗烧蚀能力,提出在钢表面利用磁控溅射技术沉积Ta-W涂层。采用激光照射的方式研究涂层和钢表面的耐烧蚀性能,采用扫描电镜对烧蚀后的涂层和钢进行形貌观察和成分分析。结果表明,在激光照射下,涂层和钢材表面烧蚀区域均发生气化、熔融凝固现象,涂层表面生成了以Ta和Fe为主的氧化物,并在热应力下形成裂纹;钢表面在激光脉冲作用下形成了冲刷形貌。涂层的烧蚀面积和烧蚀程度均小于钢,涂层对钢基体起到耐烧蚀保护作用。     

零部件表面电弧喷涂研究

研究了钢制汽车零部件表面电弧喷涂铝涂层的工艺、设备及涂层的性能,并和目前广泛采用的火焰喷涂铝方法进行了性能及经济性对比.结果表明:电弧喷涂涂层致密、孔隙率低,与基体结合良好,能耗少,效率高.     

高温碳化硅陶瓷涂层的制备和性能

采用涂刷法与氩弧焊熔覆技术相结合方法,在碳/碳复合材料表面制备碳化硅(SiC)涂层,用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)等技术对SiC涂层的微观结构和物相组成进行了表征。测试SiC陶瓷涂层的抗氧化性能和耐烧蚀性能。结果表明:在原料组分n(SiC)∶n(Si)=1∶0.5时,涂刷预涂层0.6~1mm,氩弧焊电流135A时,碳/碳复合材料表面形成SiC涂层。扫描电镜照片显示涂层与基体结合良好。在1600℃下SiC涂层氧化增重仅为0.8%;氧乙炔火焰烧蚀测试表明制备的SiC陶瓷涂层有良好的耐烧蚀性。     

多向编织炭/炭的复合材料烧蚀性能

利用以星型交流电弧加热器为核心的地面模拟系统对三维5D编织炭/炭复合材料的烧蚀行为进行了考核,通过对材料烧蚀表面温度、形貌的在线实时监测及烧蚀后微观结构的观察,研究了该类材料的烧蚀行为.研究发现:三维5D编织炭/炭复合材料的烧蚀是热化学烧蚀和机械剥蚀的综合作用,构件边缘区域以机械剥蚀为主,中心区域表现为热化学烧蚀和机械剥蚀相互耦合,没有明确的分界;基体炭与炭纤维的抗烧蚀性能相差较大,炭纤维的抗热化学烧蚀性能、抗机械剥蚀性能明显高于基体炭,烧蚀后试件烧蚀表面仅剩下凸起的纤维束骨架结构;三维5D编织炭/炭复合材料的烧蚀性能表现出较强的各向异性,在轴向体现为单根纤维失去周围基体支持而发生剥离,抗烧蚀性能相比较好;在径向体现为烧蚀表面脱层,抗烧蚀性能相比较差.     

镁合金表面APS法制备ZrB_2-ZrC基复合涂层

针对镁合金抗烧蚀性差的问题,采用高能等离子喷涂在AZ91镁合金表面引入NiCoCrAlTaY过渡层后制备复合结构陶瓷涂层.复合陶瓷抗烧蚀层结构设计为小颗粒的SiC和ZrO_2填充于大粒径的ZrB_2和ZrC颗粒周围的四组元复合结构.采用球磨机械混合的方法将平均粒径为10μm的ZrB_2和ZrC粉末及平均粒径为1μm的SiC和ZrO_2粉末混合均匀,形成1μm小颗粒的SiC和ZrO_2均匀填充于10μm粒径的ZrB_2和ZrC颗粒的混合结构粉末作为喷涂粉末,通过大气等离子喷涂方法在46.5kW功率条件下制备复合结构陶瓷涂层.研究结果表明:复合陶瓷层内部组织为小尺寸的SiC和ZrO_2填充于大粒径的ZrB2和ZrC颗粒的四组元复合结构,达到四元复合结构的设计,涂层内部颗粒发生明显的扁平化,涂层显微硬度达到1 311kgf·mm~(-2).通过X射线衍射分析发现在涂层制备过程中粉末没有发生明显的相结构改变,透射电子显微镜微区分析表明在ZrB_2和ZrC大颗粒交界处出现B_2O_5Si非晶环带玻璃相的亚稳结构,有利于抗烧蚀性的提高.     

具有消熔表面喷管壁温的有限元计算

固体火箭发动机的喷管与燃气接触的表面常常喷涂一层绝热材料,如氧化铝.在高温燃气的冲刷之下,这涂层往往受到不同程度的烧蚀,因此,该状态下的传热分析属于移动边界传热问题.本文针对这一事实建立了有限元计算模型,并获得了该状态下的喷管壁温以及涂层在不同时刻下的烧蚀厚度与烧蚀速率.     

碳纤维增强氧化锆热障烧蚀复合厚涂层的研究

采用大气等离子喷涂(APS)技术,在TC4基体上制备出一种类似"钢筋混凝土"结构碳纤维增强的氧化锆热障烧蚀复合厚涂层,并用等离子火炬对涂层进行模拟烧蚀隔热试验,采用扫描电镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)等测试方法对涂层烧蚀前后的表面形貌、纤维状态进行了观察,对部分结构、成分进行了确定。研究结果表明,经过纤维增强的复合涂层可制得的厚度要远大于传统的复合涂层,其烧蚀隔热作用也较传统热障涂层有明显提高。     

K4104高温合金Al-Si涂层耐腐蚀性能研究

为提高航空发动机叶片抗高温氧化性能,通过热扩散的方法,在K4104镍基高温合金表面制备了铝化物Al-Si涂层,经1000℃×200 h高温腐蚀氧化性能试验.利用扫描电子显微镜及能谱对涂层进行了表层形貌、截面组织形态观察及成分测试.试验结果表明,K4104镍基高温合金表面Al-si涂层在长时间的高温氧化过程中已转变成完整致密的α-A12O3氧化层和富铝的fl-NiAl和富镍的β-NiAI化合物层,且与基体合金的粘附性良好.改性的铝化物涂层中Si元素的适量加入和合理分布能有效地抑制β相的生长,促进M6C型碳化物的形成,固结了W、Mo等元素,延长涂层的退化速度,使涂层获得更佳的抗高温腐蚀氧化性能.     

K438高温合金Al-Si涂层的高温氧化表面形貌分析

为提高航空发动机使用寿命,航空发动机涡轮机叶片表面均采用防护涂层技术,以提高基体合金的抗高温氧化腐蚀性能.采用热扩散的方法,在K438镍基高温合金表面制备了Al Si涂层.依据GB/T13303 91标准,对制备了Al Si涂层的K438高温合金进行了1 000℃×500h高温氧化性能试验.用XL 300FEG扫描电镜对氧化后的涂层表面进行观察分析,分析结果表明,K438高温合金表面的Al Si涂层,在高温氧化过程中已转变成连续致密的αAl2O3 氧化膜,该氧化膜无裂纹、剥落发生,可有效地阻止氧原子的渗入.涂层中Si元素的加入,能有效地阻止涂层元素与基体元素的互扩散,起到了扩散障的作用,延长了涂层的退化周期,使涂层获得了优良的抗高温氧化性能.     

电磁场增强多弧离子镀AlTiN涂层抗高温氧化研究

针对不同偏压下电磁场增强多弧离子镀技术制备AlTiN涂层组织结构及涂层抗高温氧化性能的复杂问题,本文利用电磁场增强多弧离子镀技术制备AlTiN涂层,采用SEM和XRD等分析测试方法研究脉冲负偏压对AlTiN涂层微观结构、沉积速率等性能影响规律,利用氧化增重方法研究AlTiN抗高温氧化性能。研究结果表明:AlTiN涂层结构致密,AlTiN涂层择优取向生长;涂层沉积速率随着偏压增加而呈现出先增加后降低趋势,最高2.8μm/h; AlTiN涂层晶粒尺寸随着氧化温度的升高而逐渐增加;AlTiN涂层抗氧化温度超过800℃,涂层氧化质量快速增加,900℃氧化后,AlTiN涂层表现出细腻表面形貌;AlTiN涂层氧化后出现致密结构的Al_2O_3物相。     

镁合金表面热喷涂Al-Al2O3/TiO2梯度涂层研究

采用氧乙炔火焰喷涂法，在AZ91D镁合金表面制备Al-Al2O3/TiO2梯度涂层。利用扫描电镜和电子探针对涂层的组织形貌、成分进行了分析。采用热震法测试了涂层结合强度，并对涂层耐磨性进行了测试。实验结果表明：Al梯度层与基体及陶瓷涂层结合良好。涂层具有较高的硬度、耐磨性及抗热震性。     

真空热处理对热障涂层组织形貌及元素扩散的影响

为了研究真空热处理对CoNiCrAlY涂层组织形貌及元素扩散的影响,采用超音速火焰喷涂(HVOF)设备在镍基高温合金基体上制备了CoNiCrAlY涂层.对部分样品进行真空热处理,利用大气等离子喷涂8YSZ陶瓷层.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分散谱仪(EDS)等分析了热障涂层的相组成、微观组织、元素扩散与热震性能,研究了真空热处理对热障涂层的影响.结果表明,真空热处理后,CoNiCrAlY涂层颗粒间界面消失且涂层发生均质化;涂层与基体界面处元素发生扩散;热障涂层的抗热震性能提高.     

Effects of ZrO_2 Nanoparticles on the Microstructure and Thermal-protective Properties of PEO Coating on Al-12.5%Si Alloy

PEO ceramic coatings including ZrO_2-Al_2O_3-SiO_2 in three phases were prepared on an Al-12.5%Si alloy in electrolyte solutions containing ZrO_2 nanoparticles. The microstructures and phases of the coatings were analyzed by SEM and XRD, and the heat insulation performance and the thermal shock resistance of the coatings were investigated. The compactness of the coating increased significantly and the hindrance of the Si element on plasma electrolytic oxidation process was effectively weakened. The growth rate of the coating was improved substantially with the addition of ZrO_2 nanoparticles. The PEO ceramic coatings are primarily composed of SiO_2 and high temperature steady phases such as a-Al_2O_3 and c-ZrO_2. Both the content of c-ZrO_2 and the heat-insulating property of the coating increased significantly. The ceramic coatings with special microstructure and composition formed in the solutions containing ZrO_2 nanoparticles possess excellent heat insulation performance and thermal shock resistance.     

Investigation on plasma-sprayed ZrO_2 thermal barrier coating on nickel alloy substrate

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＺｒＯ2 ｔｈｅｒｍａｌｂａｒｒｉｅｒｃｏａｔｉｎｇｓａｒｅｍａｉｎｌｙｕｓｅｄａｓｈｅａｔ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇｌａｙｅｒｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｈｉｇｈｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｄｉｅｓｅｌ,ｔｕｒ ｂｉｎｅ ,ａｎｄｊｅｔｅｎｇｉｎｅｓ.Ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｈｏｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｃａｎｇｒｅａｔｌｙｂｅｒｅｄｕｃｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅｈｅａｔ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇｌａｙｅｒ,ｗｈｉｃｈｒｅｓｕｌ…     

枪速对热障涂层组织性能及残余应力的影响

为了研究等离子喷涂制备热障涂层(TBCs)时不同枪速对陶瓷面层组织性能和残余应力的影响,在GH4169高温合金基体上采用超音速火焰喷涂(HVOF)Ni Co Cr Al Y粘结层(BC层)和大气等离子喷涂(APS)8YSZ陶瓷层(TC层).通过对比不同参数样品的微观组织以及显微硬度、残余应力和热震性能差异,研究了枪速对热障涂层的影响.结果表明:枪速过低或过高时,涂层表面残余应力较大,热震性能较低;随着枪速的增大,涂层表面粗糙度逐渐增大,而孔隙率和显微硬度逐渐减小;枪速过低时,涂层出现纵向裂纹,热震失效方式为整体剥落;而枪速较大时,涂层从边缘向中心不断剥落,涂层表面出现白点.     

钢表面ZrO2陶瓷纳米等离子喷涂

采用等离子喷涂技术在20Cr钢表面等离子喷涂纳米ZrO2涂层,并用1Cr18Ni9作中间梯度涂层,用以制造特殊管状绝热体.利用SEM方法研究了梯度涂层的结构和显微组织,通过摩擦磨损试验对涂层的耐磨性能进行了分析,用热震法研究了涂层和基体的结合力,并用有无热障涂层的箱体进行实际模拟对比试验,测试了涂层的隔热性能.研究结果表明,ZrO2纳米陶瓷层和1Cr18Ni9梯度层可以形成良好的机械结合;喷涂后的试样表面显微硬度显著提高,耐磨性比GCr15轴承钢提高2.84倍;纳米陶瓷梯度涂层使20Cr钢的隔热性能和抗高温氧化性能显著提高.     

Al_2O_3陶瓷涂层抗高温热冲击性能的研究

本文对Ａｌ２Ｏ３陶瓷涂层的高温热冲击性进行了研究，结果表明，在工作层与基体间增加过渡层能提高涂层的热冲击性，而具有更多孔隙的涂层将降低涂层的强度，降低涂层与基体的粘结强度，降低涂层对基体的保护作用，加速基底层的氧化，使涂层的抗高温热冲击性降低．     

组合肋板式陶瓷换热器材质的研究

以耐火粘土、高矾土及滑石为原料研制了堇青石基陶瓷材料,并对其组织和性能尤其是抗热震性进行了研究。结果表明,堇青石基上分布着针状莫来石的材料具有更高的抗热震性。对评价换热器用陶瓷材料抗热震性参数进行了讨论,指出抗热震损伤参数R″″更适合于作为优选陶瓷换热器用材质的指标。     

Fabrication and plasma arc thermal shock resistance of HfB2-based ultra high temperature ceramics

Two hafnium diboride based ceramic matrix composites containing 20% (volume fraction) SiC particle and with or without AlN as sintering additives were fabricated by hot-pressed sintering. The mechanical properties and microstructures of these two composites were tested and the thermal shock resistances were evaluated by plasma arc heater. The results indicate that the composite with AlN as sintering additive has a denser and finer microstructure than composite without sintering additive, and the mechanical properties, thermal shock resistance of the composite with AlN as sintering additive are also higher than those of the composite without AlN. Microstructure analysis on the cross-section of two composites after thermal shock tests indicates that a compact oxidation scale contains HfO₂ and Al₂O₃ liquid phase is found on the surface of composite with AlN, which could fill the voids and cracks of surface and improve the thermal shock resistance of composite.     

Microstructure and Thermal-protective Property of CPED Coating with ZrO_2 Nanoparticles Addition on Al-12Si Alloy

A novel thermal-protective coating has been successfully prepared by CPED process on a cast Al-12%Si alloy with the addition of ZrO_2 nano-particles in the electrolyte. The microstructures and phase composition of the coatings were analyzed by SEM and XRD, and the heat insulation performance and the thermal shock resistance of the coatings were investigated. With ZrO_2 nanoparticles addition, the cathode plasma discharge on the coating surface is more obvious than that without ZrO_2 nanoparticles addition, the coating is more uniform and compact, and the thickness of the coating increases. Furthermore, the content of Zr and Y elements increases and the degree of crystallization of the coating is more complete. The formation of the solid solution of yttrium stabilized zirconia is promoted by cathode plasma discharge. In addition, the thermal insulation temperature increases as ZrO_2 nano-particles are added to the electrolyte. After 1 000 cycles of thermal shock, there was no cracking in the coating surface layer, which indicated that the CPED coating with ZrO_2 nanoparticles addition possessed a good thermal shock resistance.