等离子喷涂CeO2改性La2Zr2O7纳米热障涂层高温性能研究

研究了不同Ce掺杂量对La2Zr2O7相结构稳定性的影响,确定了Ce原子掺杂量为5.45％的CeO2改性La2Zr2O7涂层（CLZ）.研究了采用大气等离子喷涂制备的涂层与原始粉末化学成分计量比偏离情况.经共沉淀制粉、喷雾干燥团聚造粒、大气等离子喷涂制备了Ce原子掺杂量为5.45％的新型纳米CLZ热障涂层,研究了涂层的长期组织结构稳定性、抗热震性以及失效机制.结果表明,CLZ涂层具有良好的长期组织结构稳定性,涂层在1150℃下热震循环寿命达到26次.涂层失效主要以层状撕裂为主.陶瓷层和粘结层热膨胀不匹配、粘结层发生氧化可能是导致CLZ涂层热震失效的主要原因.     

一种新型的双层结构热障涂层及其性能

本研究通过喷涂工艺试验确定了超音速火焰喷涂Ni Cr Al Y粘结层和等离子喷涂双层热障涂层的工艺参数。粘结层拉伸结合强度和显微硬度较高,涂层致密,且具有利于提高陶瓷层结合强度的粗糙表面。内层为8YSZ氧化锆层、外层为单相La2Ce2O7层的双层热障涂层体系具有较好的抗热震性能和弯曲性能。在室温到1200℃的温度范围内,DCL涂层的热导率均小于8YSZ热障涂层。两种热障涂层的热导率值均在室温下最大,随着温度的升高而降低,但到800℃以后则随温度增加而有小幅升高。     

高温固相法制备Sm2O3掺杂La2Ce2O7热障涂层材料

以La2O3、Ce O2和Sm2O3为原料,采用高温固相反应法制备了Sm2O3部分掺杂La2Ce2O7热障涂层陶瓷材料,其化学式为(SmxLa1-x)2Ce2O7.采用X射线衍射法研究了试样的物相结构,并通过对比各实验条件下制备的试样的X射线衍射图谱,对试样的掺杂比例、烧制温度及烧制时间进行了探究.结果表明,所制备试样为萤石结构,当掺杂摩尔比Sm∶La为1∶2或1∶3时试样均能保持良好的相结构,以掺杂摩尔比Sm∶La=1∶2制备的(Sm0.33La0.67)2Ce2O7材料在1600℃下具有良好的相稳定性,且其最佳制备条件为1550℃下烧制10 h,该材料是一种很有潜力的新型热障涂层陶瓷材料.     

钛合金基体YSZ复合热障涂层微观结构与热震性能研究

在钛合金表面制备热障涂层,提高钛合金使用温度上限,对于其在航空航天领域的应用尤为重要。本文采用大气等离子喷涂方式,在TA15钛合金表面制备了3种不同结构的热障涂层,研究了涂层热震前后的相结构、微观组织,对比了涂层的热震寿命,分析了其失效机理。研究结果表明,喷涂态涂层为T’相■,热震后涂层未发生相变,GYYSZ/8YSZ复合热障涂层热震寿命比单层8YSZ涂层高2.6倍,比单层GYYSZ高3倍,热膨胀系数不匹配、涂层较低的抗拉强度和钛合金表面氧化物的生成是涂层失效的主要原因。     

稀土氧化物稳定氧化铪热障涂层的制备及热冲击性能研究

采用大气等离子喷涂(APS)技术制备了稀土元素掺杂量为19 mol.%的HfO2涂层,即Hf0.81Y0.19O1.905 (YSH19)/YSZ与Hf0.81Yb0.0475Y0.1425O1.905(YbYSH19)/YSZ双陶瓷层热障涂层,研究了其在1300℃下耐高温燃气热冲击性能。结果表明,两种热障涂层的隔热能力约为200℃,YbYSH19/YSZ体系热障涂层经280次燃气热冲击循环后涂层结构依然较为完整,性能显著优于YSH19/YSZ及YSZ热障涂层体系。涂层的失效模式为因中心区域处较大冲击载荷造成的涂层逐层剥落,以及边缘位置处轴向应力和剪切应力导致的涂层剥落。     

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。     

热障涂层材料体系研究现状及展望

随着先进航空发动机推进引擎向着高推动力和长服役寿命的方向发展，如今传统的含有 6-8 wt % 的氧化钇稳定氧化锆 (6-8YSZ) 热障涂层材料体系，在服役温度 1200℃以上时，YSZ 陶瓷涂层会发生高温相变，产生涂层间的热应力，最终导致涂层剥落失效，因此新材料体系的引入和涂层结构的改进刻不容缓。本文介绍了传统 YSZ的发展历史并且阐述了掺杂稀土氧化物稳定氧化锆、钙钛矿结构和稀土锆酸盐 (A2 Zr2O7 ) 即烧绿石结构等陶瓷材料体系的研究进展和发展前景，并分析了新型氧化铪基体陶瓷热障涂层体系和高熵材料体系涂层研究现状和未来发展趋势，最后对新型热障涂层材料的问题和发展进行了总结和展望。     

新型热障涂层研究现状及发展趋势

新型热障陶瓷涂层分为以下几类:氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)热障涂层的掺杂改性涂层、钙钛矿结构ABO_3陶瓷涂层、焦绿石或萤石结构A_2B_2O_7陶瓷涂层、磁铁铅矿结构MMeAl_(11)O_(19)陶瓷涂层、钇铝石榴石(YAG)陶瓷涂层等。综述了各类涂层的研究现状,探讨了存在的问题及发展趋势。     

重型燃气轮机用La_2(Zr_(0.7)Ce_(0.3))_2O_7/YSZ双层热障涂层热循环性能研究

重型发电燃气轮机低排放、高效率的发展目标,要求燃气轮机透平的进气温度不断提高。热障涂层作为保护金属热端部件的重要手段,是实现这一目标的关键技术之一。目前世界上最先进的J级燃气轮机的透平进口温度已经达到1600℃,热端部件表面温度超过1250℃,传统的YSZ热障涂层已经不能满足这一发展需求,因此迫切需要开发温度更高、热导率更低的新型热障涂层。本文对La_2(Zr_(0.7)Ce_(0.3))_2O_7(以下简称LZ7C3)热障涂层在重型发电燃气轮机中的应用进行了初步验证。结果表明,LZ7C3涂层具有比常规YSZ热障涂层更低的热导率(0.79～0.48Wm~(-1)K~(-1),相对传统YSZ涂层下降30%以上),且在1250℃的高温火焰台架试验中表现出优良的热循环寿命( 7370次),具有良好的应用前景。     

钙钛矿及A2B2O7型热障涂层用陶瓷材料研究进展

通过分析热障涂层用钙钛矿陶瓷(包括锶盐、钡盐、镧盐和镁盐)及A2B2O7型化合物的研究现状,指出未来的研究重点是稀土锆酸盐热障涂层的制备和性能,单一及掺杂稀土铈酸盐的热物理性能及相应热障涂层性能等方面的研究.     

Y_2W_3O_(12)和Yb_2W_3O_(12)的制备及其负热膨胀性能

利用液相沉淀法制备了Y2W3O12和Yb2W3O12粉体。经室温XRD测定,Y2W3O12(空间群为Pnca)和Yb2W3O12(空间群为Pbcn)皆为单一的正交相。在50-800℃温度区间对两种粉体进行高温XRD测试,并利用软件TOPAS3.0对其在不同温度下的XRD图谱进行精修,发现Y2W3O12和Yb2W3O12都具有较大的负热膨胀特性,经计算两者的线热膨胀系数(αl)平均值分别为-6.38×10-6℃-1和-4.18×10-6℃-1。与高温固相反应法相比,液相沉淀法大大缩短了粉体的合成周期,降低了合成温度。     

CO,O2,H2O预覆盖对钯吸氢速率的影响

为了考察杂质气体对钯吸氢速率的影响，测定了钯粉末暴露在CO，O2，H2O中后25℃下的吸氢速率。与洁净钯吸氢速率相比，CO预覆盖引起钯吸氢速率降低最为显著，H2O次之；少量O2预覆盖却能引起钯吸氢速率显著增加。引起吸氢速率变化的微观机制主要是受氢原子在氢化物层的扩散或钯表面解离氢分子的化学吸附；O2预覆盖可使Pd表面形成多孔结构而增加了氢分子的解离位，从而增加吸氢速率；CO预覆盖后却占领了钯表面的氢分子解离位而减小了吸氢速率。250℃下的O2预处理是CO毒化钯活化的有效方法。     

MgO-CeO2复合载体负载Cu2O催化剂的性能研究

采用柠檬酸燃烧法制备MgO-CeO2(10%,质量分数)复合载体和CeO2单载体,用浸渍还原法以水合肼为还原剂制备负载型Cu2O催化剂,以环己醇脱氢制环己酮为探针反应,考察其脱氧性能;采用TPR,XRD,CO2-TPD,环己酵/环己酮-TPD及BET等手段对催化剂进行表征.实验发现,与商品MgO和CeO2为载体的催化剂相比,复合载体负载的催化剂Cu2O/MgO-CeO2(10%)表现出更高的环己醇脱氢活性.这是由于复合载体负载的催化剂中CeO2的存在提高了催化剂的比表面积,有利于活性组分的分散;增强了催化剂中弱碱位的强度并增加了弱碱中心的数量.改变了催化剂的表面吸附能力,因而对环己醇脱氢具有更高的催化活性.3种催化剂都呈碱性,是其具有高环己酮选择性的原因之一.     

Al_2O_3La_2O_3Y_2O_3/Cu复合材料的电弧侵蚀特性研究

采用喷射沉积和内氧化法制备出Al2O3La2O3Y2O3/Cu复合材料,研究该材料在直流20 V/20 A的工作条件下触点的电弧侵蚀特性,并与Al2O3/Cu材料进行了对比分析.利用电子天平、扫描电镜等方法分析电弧侵蚀后触点的质量变化和表面微观结构.结果表明,通过添加Y2O3、La2O3稀土氧化物颗粒,可有效降低触头材料的材料转移量.Al2O3La2O3Y2O3/Cu材料的抗熔焊性和抗烧损性优于Al2O3/Cu材料的性能.在直流阻性负载条件下Al2O3La2O3Y2O3/Cu阳极触头表面形成凹坑,阴极触头表面形成凸起,触点表面显示出浆糊状凝固物和喷发坑等电弧侵蚀形貌特征.     

纳米NiAl2O4/Al2O3复合粉末的制备新工艺

本研究采用高温氧化的方法制备出纳米NiAl2O4／Al2O3粉体。在纳米Al2O3粉体表面包覆一层金属Ni，在1350℃高温下焙烧Ni／Al2O3复合粉体得到纳米NiAl204／Al2O3粉体。利用TEM对Ni／Al2O3复合粉体进行观察，发现Ni／Al2O3复合粉体颗粒成球形，大小为50～60nm；通过对Ni／Al2O3复合粉体的DTA析，显示Ni／Al2O3复合粉体在900℃和1300℃下有新相生成，经XRD检测，新相分别为NiO和NiAl2O4。     

O2/N2与O2/CO2气氛下Fe2O3与K2CO3对无烟煤催化燃烧反应性的影响

利用综合热分析仪研究了O2/N2与O2/CO2气氛下Fe2O3与K2CO3对无烟煤催化燃烧反应性的影响。结果表明,在O2/CO2气氛下,Fe2O3与K2CO3均可以催化无烟煤粉的燃烧,但其催化作用要弱于O2/N2气氛,且在低氧气浓度的O2/CO2气氛下对Fe2O3与K2CO3的抑制作用大于高氧气浓度。氧气浓度为20%~80%时,K2CO3在O2/N2气氛下催化煤粉前期燃烧使燃烧由反应控制转变为扩散控制,Fe2O3则只在氧气浓度为20%时能改变煤粉前期燃烧的控制步骤;而Fe2O3与K2CO3在O2/CO2气氛下均只能在氧气浓度为20%时改变煤粉前期燃烧的控制步骤,由反应控制转变为扩散控制。     

SiO_2-FeO-CaO-Na_2O渣系锑氧粉还原熔炼研究

设计了一种适用于锑氧粉熔池还原熔炼的低熔点渣SiO_2:FeO:CaO:Na_2O=30:34:12:24,通过单因素试验法研究熔炼时间、焦率和熔炼温度对锑氧粉还原熔炼过程的影响。得到的最佳条件为:熔炼时间50 min、焦率12.5%、熔炼温度1 000℃,在此最优条件下进行扩大试验,金属锑直收率为92.66%,渣含锑为1.06%,粗锑品位为97.09%,均优于传统反射炉工艺。     

ICP—AES法测定钽铌原矿中Ta2O5、Nb2O5含量

用电感耦合等离子体发射光谱仪分析技术,对试样元素分析谱线、仪器分析参数、准确度和精密度等进行了研究,综合确定了最佳实验条件。将试样用氢氟酸、硝酸溶解,ICP—AES直接测定钽、铌。加标回收率为94％～106％,相对标准偏差RSD〈4．22％。结果表明该方法简便、快速、准确、精密度好。     

Li2O、Na2O、K2O、BaO对CaO基钢包渣系性能影响的实验研究

为改善钢包渣性能以控制钢包中钢液回磷,以Li2O、Na2O、K2O、BaO作添加剂替代模拟的CaO基钢包渣系中等质量的CaO，研究添加剂对渣系的熔点、粘度和脱磷能力的影响，并推荐Li2O作为CaO基钢包 渣系的添加剂。     

机械合金化3Y_2O_3-5Al_2O_3粉末的研究

研究了转速,球磨时间等球磨工艺对3Y2O3-5Al2O3机械合金化过程的影响。结果表明:在较低的转速下(250r/min),提供的球磨能量很低,只会细化粉体颗粒;提高转速(400r/min),会促使Y2O3发生晶型转变,由稳定的立方晶转变成非稳态的单斜晶;继续提高转速(500r/min),还会使混合粉体发生合成反应,生成YAlO3(YAP)。在转速为500r/min,球料比为20∶1的球磨条件下,3Y2O3-5Al2O3粉体发生固相反应的过程可分为两个阶段:第一阶段,Al2O3颗粒晶格畸变,快速细化;同时,高能球磨促使Y2O3发生了晶型转变。第二阶段,Y2O3晶型转变基本完成,并呈无定形化,Y2O3和Al2O3发生合成反应,生成YAlO3(YAP)。但在球磨条件下,难以合成Y3Al5O12(YAG)、Y4Al2O9(YAM)。