低压等离子喷涂纳米YSZ-Al_2O_3涂层组织性能的研究

低压等离子喷涂纳米氧化锆热障涂层,具有独特的组织结构。纳米团聚颗粒在高温等离子射流中部分熔化后沉积到基体上,团聚颗粒能够保留部分纳米结构,形成一种以纳米晶为主的纳米-微米二元结构涂层,为热障涂层的制备提供了一种新的技术方案。YSZ涂层高温服役中,纳米晶粒容易烧结长大。本文通过向YSZ粉体中加入少量的纳米α-Al_2O_3,探讨其抑制YSZ热生长的机制。首先制备了YSZ-Al_2O_3纳米混合物团聚粉末,并借助低压等离子喷涂技术制备涂层。结果表明纳米晶区占主导地位,纳米晶区嵌有少量的微米晶粒。涂层经1400℃,10h热处理,微观组织结构分析表明,α-Al_2O_3的加入对YSZ晶粒热生长具有部分抑制作用。     

热持久对YSZ热障涂层隔热性能的影响规律

目前热障涂层（TBCs）作为最先进的高温防护涂层之一,已在发动机涡轮叶片上获得了广泛的应用。本文采用涂层热性能高温环境实验系统对发动机环境叶片涂层热持久实验后YSZ热障涂层的隔热能力开展了研究,获得了实验室环境下YSZ热障涂层长时间工作后隔热性能的变化规律,并从微观组织结构变化规律方面开展了分析。     

纳米及传统微米级热障涂层热循环过程中的组织演变研究

本文以超音速等离子喷涂方法沉积NiCoCrAlY金属粘结层,以普通大气等离子喷涂沉积纳米及微米级YSZ两种陶瓷表层,并对涂层进行热循环实验,对比研究不同结构热障涂层在热循环条件下的组织演变规律。结果表明：由于纳米团聚粉体的不充分熔化导致纳米涂层中存在较多的微裂纹和孔隙,微米、及纳米涂层的孔隙率分别为10%及15%,载荷300g下的显微硬度分别为776.1及606.9。两种结构的热障涂层在热循环过程中均出现了网状裂纹,但随着热循环次数的增加,这些微裂纹不断连接扩展,裂纹宽度不断增加,并且与纳米涂层相比,微米涂层裂纹的扩展和拓宽速度相对较快。纳米涂层由于孔隙率较高,热生长氧化物（TGO）生长速度较快,TGO的快速生长导致陶瓷层/金属粘接层界面的应力增大,使得横向裂纹（平行于陶瓷层/金属粘接层界面）萌生及扩展并引起涂层的剥落失效。     

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。     

YSZ粉末致密度对涂层性能的影响

为了研究YSZ粉末特性对热障涂层性能的影响,选择三种通过造粒烧结工艺制备的商用YSZ粉末,测试对比了粉末颗粒的各项性能,发现三种粉末仅致密度存在显著差异。在两种不同功率条件下采用等离子喷涂工艺利用三种YSZ粉末制备了热障涂层,观察了涂层的金相组织和断口形貌,测试了涂层孔隙率和结合强度,并采用电弧风洞考核了涂层的服役性能。研究结果表明,粉末致密度对涂层性能有显著影响,致密度高的YSZ粉末喷涂过程中熔融状态更好,涂层的孔隙率更低,结合强度更高;针对致密度低的粉末,增大喷涂功率可改善粉末的熔融状态,从而改善涂层的性能。经工艺调控制备的孔隙率和结合强度相近的涂层具有相当的隔热防护效果。     

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。     

氧化铈稳定纳米氧化锆高温性能的研究

等离子喷涂热障涂层技术广泛应用于航空发动机热端部件的高温防护。应用大气等离子喷涂法成功制备了纳米氧化铈氧化钇稳定的氧化锆(CYSZ)涂层,并与常规氧化钇稳定氧化锆(YSZ)涂层在1300℃下热处理10小时,研究高温对两种涂层性能的影响,与常规的YSZ涂层相比,CeO2的掺杂使涂层具有更高的稳定性。经过高温处理,CYSZ涂层的相结构没有发生明显变化。显微形貌结果表明,CYSZ涂层没有产生裂纹缺陷,涂层中纳米区域晶粒度随着温度的升高略有增大,这表明了纳米结构的CYSZ涂层具有更优异的高温稳定性。热循环氧化实验结果证明,CYSZ涂层具有更长的热循环寿命以及优异的高温抗氧化性能。     

纳米氧化锆热障涂层高温性能演变研究

采用大气等离子喷涂技术制备了纳米氧化锆热障涂层。利用FESEM、XRD和拉曼光谱开展了纳米氧化锆热障涂层的微观组织和物相组成的高温演变研究。微观组织分析结果表明,纳米氧化锆热障涂层始终保持着独特的“纳米-微米”双态结构,而其中纳米晶粒大小随着服役温度和服役时间的增加而增大,但仍保持纳米结构;物相分析结果表明,纳米氧化锆热障涂层主要由非平衡四方相组成,并不随服役环境的变化而变化;而拉曼峰形状及位置的变化则进一步揭示了高温服役环境会造成涂层组织缺陷减少和声子散射降低,从而导致热导率的上升。     

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。     

纳米TiO2改性彩色涂层钢板的涂层老化性能

 采用超声预分散结合湿球磨法和分散剂复配方式对纳米TiO2进行表面改性处理,研制了均匀稳定分散的纳米TiO2分散液,表征了纳米TiO2改性后的彩涂板涂料及涂层性能。结果表明：纳米TiO2在分散液中的粒径集中分布在60~100 nm范围,可完全吸收330 nm左右的紫外线,对长波紫外线的散射吸收作用强于对短波紫外线的散射吸收。纳米TiO2改性彩涂板涂料用量为w(TiO2)=20%~30%。纳米TiO2改性处理可提高涂层柔韧性和附着力,减少涂层色差变化,降低失光率。涂层抗紫外老化性能优于同类传统彩涂板涂料涂层。     

富氧对高炉送风管用浇注料的性能与结构的影响

在实验室条件下,分析了不同通氧速率对高炉送风管用浇注料的性能与结构的影响。研究结果表明:通氧速率增加,抗压强度有所提高;1 200℃烧后体积密度从2.73g/cm3降到2.66g/cm3,气孔率由17.59%增加到19.47%;由于气孔增加,导热加快,在风管内衬比较薄的情况下,容易导致风管管壳发红;采用涂覆涂料封闭气孔的方法可以降低浇注料的传热,使风管的表面温度处于安全范围内。     

“氧化 - 扩散” 模型在高温合金 -MCrAlY 涂层体系中的应用

燃气轮机中（燃烧室、 涡轮） 高温合金热端部件长期工作在 1000℃及以上的高温环境, 导致部件材料需 要面对高温氧化、 热腐蚀、 高温载荷及力学性能的改变等实际问题。 MCrAlY 涂层在热端部件防护中发挥着重要 作用。 然而, 高温合金 -MCrAlY 涂层体系在高温中会发生元素互扩散、 组织演变等微观现象, 影响着部件高温 性能和使用寿命。 本研究采用 ThermoCalc/DICTRA 软件, 同时耦合了 MCrAlY 合金涂层表面氧化, 建立了高温 合金 - 涂层体系的“氧化 - 扩散” 模型, 成功应用于涂层成分优选与寿命预测。 本研究还总结了热力学计算在高 温合金 /MCrAlY 涂层体系中其他应用     

FeCrBSiC电弧喷涂层磨损及热腐蚀性能研究

设计开发了一种FeCrBSiC粉芯丝材,采用电弧喷涂技术在Q235钢基体上制备相应涂层,通过XRD、SEM、磨粒磨损试验机及高温箱式电阻炉等对其微观组织结构、磨粒磨损及热腐蚀行为进行表征,同时与工程中广泛应用的NiCrTi涂层进行了对比研究.结果表明,涂层均具有热喷涂典型的层状结构,且较为致密,孔隙率低于3％; Fe基涂层组织更为均匀,其氧化物含量显著低于Ni基涂层.所设计Fe基涂层平均显微硬度约为1107.3HV0.1,其耐磨性也更为优异,达到Ni基涂层4倍以上.两种涂层在650℃时的热腐蚀动力学曲线均呈抛物线形式,表面生成连续致密的氧化膜阻止了腐蚀介质向涂层内部的渗透,能够对基体起到有效的防护作用.     

连铸机拉矫辊辊面激光重熔纳米ZrO2基涂层性能

 为了提高连铸机拉矫辊的使用寿命,在H13钢表面等离子喷涂常规级和纳米级两种规格的ZrO2涂层,并对其进行激光重熔处理。利用有限元软件ABAQUS分析热障涂层对拉矫辊温度场的影响,利用激光共焦显微镜观察涂层表面和断面的组织结构,利用场发射扫描电子显微镜（SEM）测量涂层断面的元素分布,采用Gleeble-3800热模拟试验机考查涂层的抗热冲击性,结果发现,经激光重熔之后纳米级ZrO2涂层的孔隙率和微裂纹数量都明显少于常规级ZrO2涂层,并且纳米级ZrO2涂层的抗热冲击性都优于常规级涂层。     

基于激光重熔的纳米陶瓷颗粒改性喷涂层的耐磨性研究

介绍了基于激光重熔技术的纳米陶瓷颗粒改性热喷涂耐磨涂层复合加工方法.以SiC纳米颗粒和WC-Co及Al2O3-TiO2热喷涂涂层为研究对象,进行了涂层改性加工试验.使用扫描电镜分析了纳米颗粒改性重熔涂层微观组织结构,并分别对热喷涂涂层、激光重熔喷涂涂层和纳米颗粒改性涂层进行了耐磨性测试.结果表明:SiC纳米颗粒能有效改善热喷涂涂层组织,并能显著提高涂层耐磨损性能.     

Fatigue crack initiation and propagation of binder-treated powder metallurgy steels

Many of the targeted applications for powder-metallurgy materials, particularly in the automotive industry, undergo cyclic loading. It is, therefore, essential to examine the fatigue mechanisms in these materials. The mechanisms of fatigue-crack initiation and propagation in ferrous powder-metallurgy components have been investigated. The fatigue mechanisms are controlled primarily by the inherent porosity present in these materials. Since most, if not all, fatigue cracks initiate and propagate at the specimen surface, surface replication was used to determine the role of surface porosity in relation to fatigue behavior. Surface replication provides detailed information on both initiation sites and on the propagation path of fatigue cracks. The effect of microstructural features such as pore size and pore shape, as well as the heterogeneous microstructure on crack deflection, was examined and is discussed. Fracture surfaces were examined to elucidate a mechanistic understanding of fatigue processes in these materials.     

Study of Tribological and Mechanical Properties of A356–Nano SiC Composites

In the present investigation, the microstructural, wear, tensile and compressive properties of Al?C7Si alloy matrix nano composites have been discussed. It is noted that the composites contain higher porosity level in comparison to the matrix and increasing amount of porosity is observed with the increasing volume fraction of the reinforcement phase in the matrix. The wear sliding test disclosed that the wear resistance of the nano SiC reinforced composites is higher than that of the unreinforced alloy. It is believed that the presence of SiC particles could shield the matrix and silicon phase from directly experiencing the applied load from the counterface. It was revealed that the presence of nano-SiC reinforcement also enhanced the hardness, tensile and compressive yield strength of Al?C7Si alloy which can be attributed to small particle size and good distribution of the SiC particles and grain refinement of the matrix. The highest yield strength and UTS was obtained by the composite with 3.5?vol% SiC nano-particles. The results show that the addition of nano-particles reduces the elongation of A356 alloy.     

Gd_2O_3-Yb_2O_3-Y_2O_3-ZrO_2热障涂层材料及涂层性能研究

使用化学共沉淀法合成了纳米Gd2O3-Yb2O3-Y2O3-ZrO（2GYYZO）粉末,并最终制备了超细晶团聚的多元稀土氧化物掺杂的GYYZO热喷涂粉末,系统的研究了材料及涂层的基本性能,重点研究了材料及涂层的高温稳定性,材料和涂层的高温相稳定性相对传统纳米8YSZ材料明显提高,对高温热处理过程中涂层孔隙收缩、晶粒长大...     

Assessment of creep and rupture behavior of 2.25Cr-1Mo steel — A strain based approach and its limitation

Strain based approach for reliable assessment of creep behavior is employed for creep data generated for different microstructural conditions as well as obtained from literature for 2.25Cr-1Mo steel. The influence of thermal ageing and pre-strain on the shape of creep curves has been studied. Analysis of data revealed that irrespective of initial microstructures, thermal ageing increases the tendency to soften but not the pre-strain. Softening due to carbide coarsening thus appears to be the dominant mechanism of creep. Based on this, a strain based approach for creep life assessment was developed. A fairly accurate prediction of creep life up to 5% creep is achieved using eight materials constants extracted from the creep curves of steel having similar initial microstructure. The limitation and reliability of the approach used to assess creep behavior of service-exposed steels have been discussed.