热障涂层材料及其制备技术的研究

在材料科学和技术深入发展的影响下,在提升高温合金工作温度及使用寿命的过程中热障涂层得到了十分广泛的应用,并且热障涂层材料也得以在航空发动机高温端部件的表面防护发挥关键作用.同时,热障涂层材料也会随着使用需求的变化及技术的更新而得到相应的发展,文章针对热障涂层材料,结构以及全新材料应用和具体的制备技术展开了相应的研究.     

热障涂层制备技术及陶瓷层材料的研究进展

综述了先进航空发动机热障涂层体系的研究进展,对近年来国内外热障涂层的制备技术和陶瓷层材料体系进行了详细介绍,展望了下一代高性能航空发动机热障涂层的研究和应用前景。     

长春应用化学研究所热障涂层的设计和失效机理研究获进展

正檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴中国科学院长春应用化学研究所在热障涂层的设计思路、失效机理以及新型热障涂层材料研发等方面取得新进展,设计并成功制备出使用温度≥1250℃的双陶瓷层热障涂层材料,"热障涂层的设计和失效机理研究"成果(主要完成人:曹学强等)荣获2013年吉林省自然科学奖一等奖。热障涂层技术利用陶瓷材料的高隔热性和耐腐蚀性来保护金属基底,在能源、航空、航天等方面都有重大应用价值。常规热障涂层材料8YSZ(8%Y2O3(质量分数)稳定化的ZrO2)因在高温下发生相变、烧结和透氧,不能承受1200℃以上的高温。目前,世界各国都在努力研究能替代8YSZ、在更高温度下使用的热障涂层材料。     

新型热障涂层材料及其制备技术的研究与发展

热障涂层（thermal barrier coatings，TBCs）能有效的提高航空发动机热端部件的工作温度和使用寿命。目前应用最为广泛的热障涂层材料为氧化钇部分稳定氧化锆（yttria-stabilized zirconia，YSZ），该热障涂层材料在服役温度高于1200℃下会发生相变，严重影响航空发动机的使用寿命和服役安全，难以满足新一代航空发动机的服役要求。本文综述了新型热障涂层材料的研究现状，重点介绍了掺杂改性氧化钇部分稳定氧化锆、烧绿石或萤石结构材料、钙钛矿结构化合物、磁铅石矿结构化合物以及新型黏结层材料的研究进展和发展方向，并论述了热障涂层制备技术的方法原理和优缺点，最后对热障涂层材料和制备方法的发展趋势进行了展望。     

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。     

电子束物理气相沉积YSZ热障涂层研究

热障涂层陶瓷面层常用的材料为6%～8%(质量分数)Y2O3部分稳定的ZrO2(YSZ).利用电子束物理气相沉积法(EB-PVD)制备了YSZ热障涂层,并对其显微结构、相组成进行了分析.结果表明,YSZ涂层具有典型的EB-PVD制备涂层的柱状晶结构,相成分为t/t'相.     

长寿命热障涂层技术研究进展

随着高性能航空发动机对长寿命热障涂层需求的增加，提高热障涂层寿命已成为研究重点。本文从粘结层成分及结构设计和陶瓷层制备技术方面介绍了长寿命热障涂层研究进展，最后展望了未来低成本、长寿命热障涂层制备技术的研究方向及研究重点。     

等离子喷涂双相复合结构顶层热障涂层的研究

热障涂层 (TBCs) 是燃气轮机等设备的高温部件上不可缺少的防护技术。 La2Zr2O7 是最具潜力的顶层材料, 但其韧性差等问题限制了其应用。 本研究采用双相复合陶瓷技术对 La2Zr2O7 进行改性, 以 LaPO4 与 La2Zr2O7 的 双相复合材料为热障涂层顶层材料。 采用机械混合和喷雾造粒技术制备双相陶瓷材料, 利用等离子喷涂的方法制 备双相陶瓷顶层。 通过热循环和冲蚀实验检测双相复合涂层的性能。 利用 X 射线衍射仪 (XRD) 检测涂层的相结构, 利用扫描电镜(SEM)检测涂层的表面和剖面形貌。结果表明, 双相复合结构涂层表面微细裂纹增多, 粗大裂纹减少, 裂纹会产生曲折和分叉。 LaPO4 的加入提高了双相陶瓷材料的韧性和断裂强度, 和单相 La2Zr2O7 涂层相比, 双相 陶瓷涂层在冲蚀过程中失重较少。     

氧化钆改性铈酸镧热障涂层材料设计 及涂层抗热震性能研究

La2Ce2O7(LC) 由于具有比 YSZ 更低的热导率、 更高的热膨胀系数和良好的高温相稳定性, 是一种极具前 景的热障涂层陶瓷材料。 但该材料热膨胀系数在 200~400℃温度区间存在异常下降现象, 从而引起涂层过早失效 的问题。 目前, 通过掺杂 Gd2O3 可有效解决 LC 低温段热膨胀系数下降的问题, 但是, Gd2O3 改性 La2Ce2O7 热障 涂层最优掺杂浓度及涂层性能还未见报道。 本文采用化学共沉淀法制备了三种不同浓度 Gd2O3 改性 La2Ce2O7 材 料 ((LaxGd1-x)2Ce2O7(x=0,0.1,0.2,0.3)), 研究了掺杂浓度对其热物理性能及相稳定性的影响, 采用等离子喷涂工艺 制备了(La0.8Gd0.2)2Ce2O7 (LGC)涂层, 研究了涂层的抗热震性能和涂层的失效机理。 研究结果表明： (La0.8Gd0.2)2Ce2O7 (LGC) 材料具有较低的热导率, 室温到 1400℃无相变, 并且经 1400℃长时间热处理无相变; 其制备的双陶瓷结 构 LGC/YSZ 热障涂层 1100℃热震次数可达到 109 次, 较未改性 LC/YSZ 热障涂层提升了大约 60%; 两种涂层的 失效模式相似, 均为陶瓷顶层烧结引起的片状剥落失效。     

稀土改性NiCoCrAlY层对YSZ和LZ/YSZ热障涂层高温性能的影响

以纳米结构的La_2O_3、ZrO_2、8YSZ粉体为原材料,利用纳米调控技术制备可用于等离子喷涂的粉体材料;利用等离子喷涂技术在304不锈钢基体上分别喷涂含未改性粘结打底层和改性粘结打底层的YSZ和LZ/YSZ两种结构的热障涂层。研究了热障涂层的结合强度和抗氧化行为,并分析稀土改性的粘结打底层对其组织结构的影响。根据涂层氧化不同时间后涂层的截面形貌图及能谱图分析其氧化后的组织结构,进而研究稀土改性粘结打底层对热生长氧化物(TGO)层的影响。结果表明:含改性粘结打底层的双陶瓷型热障涂层La_2Zr_2O_7+8YSZ+mNiCoCrAlY在800℃和900℃下均具有最低的氧化速率,氧化增重速率常数分别为0.04372mg~2·cm~(-4)·h~(-1)和0.12406mg~2·cm~(-4)·h~(-1),比含未改性粘结打底层的La_2Zr_2O_7+8YSZ+NiCoCrAlY涂层分别降低45%和36%,说明改性粘结打底层提高了热障涂层的抗氧化性能。