热障涂层用稳定ZrO_2基陶瓷材料研究现状

综述了氧化物稳定的热障涂层用ZrO2陶瓷的研究现状.氧化物稳定ZrO2陶瓷材料主要适用于在1000℃左右工作的热障涂层,而不宜用作新型高温热障涂层表面陶瓷层材料.随着航空发动机技术的发展,稀土铈酸盐陶瓷材料有望替代氧化物稳定的ZrO2陶瓷.根据声子导热理论和晶体化学原理,选用合适的氧化物对稀土铈酸盐陶瓷材料进行掺杂,可进一步降低其热导率并改善热膨胀系数,这将为热障涂层技术应用开辟广阔的空间.     

燃气轮机热障涂层陶瓷材料发展现状及展望

Y2O3部分稳定的ZrO2(YSZ)陶瓷热障涂层在1200 K以上服役时会出现烧结、体积变化、腐蚀等问题而发生失效.为明确能替代YSZ陶瓷的新型陶瓷材料的研究方向和发展趋势,本文阐述了热障涂层常见制备方法的原理和优缺点,总结归纳了传统ZrO2基材料的掺杂改性和新型陶瓷材料的研究现状.认为对ZrO2基陶瓷材料进行掺杂改性...     

热处理对热障涂层材料Y_2O_3部分稳定ZrO_2性能的影响

热障涂层用于燃气轮机的热端部件,可以显著提高其使用温度,延长热端部件的使用寿命,并增大燃气轮机发动机的效率.利用Y2O3和ZrO2为原料,通过固相合成法合成了Y2O3(w(Y2O3)=6%~8%)部分稳定的ZrO2(Y-PSZ)热障涂层陶瓷顶层,并对此陶瓷顶层的微观形貌、相组成进行了研究.同时研究了热处理对热障涂层材料Y-PSZ性能的影响.     

稀土掺杂ZrO_2基热障涂层陶瓷材料研究进展

热障涂层用于燃气轮机的热端部件,不仅可以显著提高其使用温度,延长热端部件的使用寿命,而且提高了燃气轮机发动机的效率.介绍了稀土掺杂ZrO2基热障涂层的研究现状及发展趋势.结果表明LnO1.5-Ta2O5（或Nb2O5）-YSZ材料既可以提高传统YSZ热障涂层的使用温度,而且也降低了其热导率.LnO1.5-Ta2O5（或Nb2O5）-YSZ材料可以作为热障涂层系统中陶瓷顶层的下一代候选材料.     

热障涂层对活塞温度场影响的三维分析

为提高内燃机的工作效率和使用寿命,以表面涂覆热障涂层的发动机活塞为主要研究对象,综合分析热障涂层对活塞温度场的影响.建立了热障涂层活塞的三维模型,运用有限元软件对其进行了温度场分析计算,考察了不同涂层材料和涂层厚度对活塞温度场的影响情况.研究结果表明:0.4mm厚的ZrO2陶瓷涂层可使活塞的隔热效果提升约8.8%,并且隔热效果明显优于Al2O3、Si3N4和SiC;ZrO2涂层厚度每增加0.5mm,活塞金属基体顶面的最高温度下降约3.2℃,陶瓷涂层顶面的最高温度上升约8.3℃.     

纳米CeO2对ZrO2-Y2O3陶瓷涂层耐腐蚀及结合强度性能的影响

通过在ZrO2-Y2O3为基的陶瓷粉体中添加不同数量的纳米CeO2,采用亚音速氧乙炔火焰喷涂制备陶瓷涂层.探讨纳米CeO2对涂层结合强度及耐碱腐蚀性能的影响.实验结果表明,纳米稀土氧化物CeO2的加入使涂层的显微组织得到改善,减少涂层中的孔隙率,提高涂层的致密度,且随着纳米CeO2加入量的增加,涂层的结合强度、耐碱腐蚀性能呈先上升后下降的趋势,纳米稀土氧化物CeO2添加量为3%(质量分数)时涂层中孔隙最少,晶粒细化,涂层致密,结合强度、耐碱腐蚀性能最好.     

等离子喷涂复合热障涂层的静态氧化行为

采用等离子喷涂方法，在GH536高温合金基材上制备了传统的双层热障涂层（TBCs）和两种含有Al2O3与ZzO2陶瓷复合层的三层热障涂层，传统TBCs结构为Ni22Cr10AlY合金连接层和8％Y2O3部分稳定的ZrO2陶瓷顶层；三层TBCs分别用了置于陶瓷层内侧及外侧的Al2O3复合层，三种类型试样的100h,1050℃静态氧化试验结果表明：三层涂层较双层涂层的氧化阻力提高，双层涂层的氧化阻力最差，不同复合层形式试样氧化动力学曲线不同，内置复合层的氧化增重最小，氧化阻力最佳。1050℃是氧化增重的临界点，外置复合层试样的氧化增重出现明显增加趋势。     

梯度热障涂层服役条件下的蠕变响应分析

利用数值方法研究了陶瓷/金属梯度功能热障涂层在服役条件下的热-力响应,同时考虑了梯度功能热障涂层各层的蠕变现象,数值研究表明在对梯度功能热障涂层进行热-力响应分析过程中,材料的蠕变现象是不能够忽略的,即使该层材料是富陶瓷材料。     

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.     

成型压力对ZrO2陶瓷力学性能的影响

对含Y2O3的ZrO2粉末，在不同压力下冷等静压成型、常压烧结，制备出了ZrO2陶瓷材料．分别利用三点弯曲、单边切口梁(SENB)法等力学方法和扫描电镜(SEM)测试方法，研究了冷等静压成型压力对ZrO2陶瓷材料力学性能和显微组织结构的影响．结果表明，随着冷等静压成型压力的增加，ZrO2陶瓷的抗弯强度及断裂韧性均下降，在弯曲载荷下，微裂纹首先在ZrO2颗粒界面形成并沿此界面扩展，最终导致材料断裂．