镀铝表面改性7YSZ纳米热障涂层热震性能分

为提高7YSZ纳米热障涂层的热震性能, 实验中采用超音速火焰喷涂(HVOF)在涡轮叶片模拟工件上制备了粘结层NiCrCrAlYTa, 再使用大气等离子喷涂(APS)在粘结层上制备了7YSZ纳米陶瓷层。采用磁控溅射在7YSZ热障涂层样品表面镀铝, 并在不同压力下(200、250、300 Pa)对镀铝样品进行热处理表面改性。对喷涂态样品和镀铝改性后样品进行水淬热震实验, 1050℃保温10 min+水冷5 min为一个热循环, 观察热障涂层镀铝改性前后样品在水淬热循环过程中形貌和结构演变。实验结果表明, 镀铝改性后样品表面存在铝薄膜蒸发、凝固后形成的疏松纳米Al晶粒表层以及由Al和ZrO₂原位反应形成的致密α-Al₂O₃底层。在镀铝样品热处理过程中, 随着压力升高, 疏松层致密度逐渐增加。不同热处理压力下镀铝表面改性后样品经过73次水淬热循环后剥落面积均小于喷涂态样品, 显示出良好的抗热震性。     

YZrHf热障涂层的制备及热震性能分析

目的 研究喷涂态YZrHf热障涂层的微观组织及其抵抗高温热冲击的性能,探讨高温条件下热生长氧化物(TGO)对陶瓷层的影响。方法 采用大气等离子喷涂(APS)技术制备厚度约为300μm的YZrHf热障涂层,并将涂层在950℃下保温15 min后进行水冷循环热震实验,直至涂层剥落失效,使用SEM、EDS、X射线衍射仪对制备态及热震实验后的热障涂层微观组织进行分析。结果 涂层表面粗糙不平且分布有十几到几十微米长度的网状裂纹,这些相互贯通的裂纹为氧气的进入提供了通道。经过101次循环热震实验后,涂层部分区域剥落失效,SEM结果显示,在陶瓷层/黏结层界面处、黏结层内部均出现了热生长氧化物,且在陶瓷层中分布有横向、纵向的贯通性裂纹,而在TGO生长区域,也出现了一些小裂纹,但涂层并未剥落。经测定分析可知,TGO的主要成分为Al₂O₃、Cr₂O₃、NiO以及尖晶石氧化物组成的混合物(CSN)。结论 热震实验后TGO层中Al元素贫化,Ni、Cr等元素向界面处迁移参与反应,同时尖晶石氧化物以α-Al₂     

镀铝表面改性7YSZ纳米热障涂层热震性能分析

为提高7YSZ纳米热障涂层的热震性能,实验中采用超音速火焰喷涂(HVOF)在涡轮叶片模拟工件上制备了粘结层NiCrCrAlYTa,再使用大气等离子喷涂(APS)在粘结层上制备了7YSZ纳米陶瓷层。采用磁控溅射在7YSZ热障涂层样品表面镀铝,并在不同压力下(200、250、300 Pa)对镀铝样品进行热处理表面改性。对喷涂态样品和镀铝改性后样品进行水淬热震实验,1050℃保温10 min+水冷5 min为一个热循环,观察热障涂层镀铝改性前后样品在水淬热循环过程中形貌和结构演变。实验结果表明,镀铝改性后样品表面存在铝薄膜蒸发、凝固后形成的疏松纳米Al晶粒表层以及由Al和ZrO_2原位反应形成的致密α-Al_2O_3底层。在镀铝样品热处理过程中,随着压力升高,疏松层致密度逐渐增加。不同热处理压力下镀铝表面改性后样品经过73次水淬热循环后剥落面积均小于喷涂态样品,显示出良好的抗热震性。     

去应力退火对等离子喷涂ZrO2-NiCoCrAlY热障涂层热震性能的影响

研究了等离子喷涂ZrO2-NiCoCrA1Y不同结构热障涂层的硬度分布800℃和1000℃温度下的热震性能。并进一步研究了去应力退火对涂层热震性能的影响。结果表明,与非梯度涂层相比,梯度涂层具有较平缓的硬度分布,不存在金属与陶瓷层界面间的硬度突变。热循环温度增加,使抗热震性能降低,但梯度涂层在两种温度下均具有较高的抗热震性。去应力退火处理较显著地提高了涂层的抗震性。     

激光-等离子束复合制备热障涂层高温性能试验研究

在GH536高温合金基材上,采用矩形积分透镜,激光重熔等离子喷涂NiCrAlY/8YSZ热障涂层。1050℃的静态氧化试验和热震试验的结果表明:激光重熔可以改善热障涂层的抗氧化性能,能量密度33J·mm-2的激光重熔试样具有高于等离子喷涂试样的热震寿命,氧化阻力的改善与重熔层致密组织有关,微细网状裂纹释放热震应力的作用是热震寿命提高的主要原因。     

陶瓷层与界面孔隙率对热障涂层寿命及其失效机制的影响

以NiCoCrAlY作为粘结层、8wt%Y₂O₃稳定的ZrO₂（8YSZ）为陶瓷层,利用等离子喷涂（PS）技术制备2种在陶瓷层及陶瓷层/粘结层界面处具有不同孔隙率的热障涂层（TBCs）,研究TBCs的热循环寿命差异,分析不同孔隙率TBCs的失效机制。结合有限元模拟计算了TBCs应力分布,分析了高孔隙率TBCs中重复平行裂纹形成的原因及2种TBCs剥落的失效模式。利用光学显微镜（OM）、SEM和EDX分析TBCs的断面微观结构及元素分布。结果显示:高孔隙率TBCs比致密TBCs的寿命增加了1倍。高孔隙率TBCs在陶瓷层及界面处存在更多的孔隙和微裂纹,释放了TBCs中积累的应变能,同时氧化铝层中出现的重复平行裂纹能进一步减小了陶瓷层与粘结层之间的应力,进而延长了高孔隙率TBCs的寿命。为制备长寿命TBCs奠定结构设计基础。      

燃气热循环下7YSZ热障涂层的微结构演变与阻抗谱特征

在1250℃燃气热循环条件下,测试热障涂层抗冷热冲击性能,以模拟发动机叶片的启动升温与关闭降温循环过程。采用电化学阻抗谱测试和扫描电镜(SEM)系统研究热循环过程中热生长氧化物(TGO)生长与YSZ陶瓷层微结构演变。结果表明:随着热循环次数增加,热障涂层内TGO不断生长变厚,在中频阶段的阻抗谱响应越来越显著。YSZ陶瓷层内部经历了微裂纹的萌生与扩展两个阶段。经过100次热循环后的YSZ层表现出与喷涂态涂层相似的阻抗特征,表明高温下烧结会使YSZ层产生的微裂纹在短时间内愈合。但经过300次热循环后的YSZ层表现出与喷涂态完全不同的阻抗谱,并随热循环次数增加,YSZ颗粒间隙阻抗值不断增加,表明YSZ内层产生了不可愈合的微裂纹,是导致YSZ层最终失效的主要因素。     

DZ466合金热障涂层CoCrAlY黏结层1050℃氧化行为

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)法在一种新型定向合金DZ466试样上沉积CoCrAlY黏结层和Y2O3部分稳定的ZrO2(YSZ)陶瓷层,对试样进行1050℃循环氧化实验并研究其氧化行为。采用X射线衍射仪、扫描电镜以及电子探针对涂层进行显微组织分析。结果表明:在1050℃氧化1500h(热循环31次)后,热障涂层未出现脱落现象。沉积态CoCrAlY黏结层主要由β-CoAl相和γ-Co固溶体相组成;1050℃氧化后,在黏结层与陶瓷层界面生成热生长氧化物(TGO)层,黏结层逐渐发生退化,β-CoAl相逐渐转化为γ-CoNi固溶体;氧化1200h后,TGO/黏结层界面出现由活性元素效应导致的氧化物栓;TGO层皱曲行为导致TGO/陶瓷层界面出现微裂纹,并且该微裂纹沿界面横向扩展。TGO的厚度增长模式符合分段抛物线规律,初期氧化速率常数约为6.1×10-14cm2/s,氧化400h后,氧化速率常数减小,为3.5×10-14cm2/s。     

铜合金表面热喷涂(焊)涂层组织及性能研究

采用等离子喷涂工艺在纯铜表面分别制备了NiCrCoAlY、Cr3C2-NiCr两种涂层,采用等离子喷焊工艺制备了Ni60喷焊层,并分别进行了显微形貌、显微硬度、耐磨性能及热震性能分析。结果表明,等离子喷涂层主要为机械咬合,其次是微区冶金结合和化学键结合,而等离子喷焊层与基体形成良好的冶金结合,其结合强度相对较高。Cr3C2-NiCr涂层硬度高达534 HV,耐磨性能最优,而NiCrCoAlY涂层硬度为352 HV,耐磨性能较好,且抗热震性能优异;Ni60焊层熔合区硬度为154 HV,焊层中部高达606 HV,随后缓慢降低至平稳。     

大气等离子喷涂制备莫来石涂层的性能

采用大气等离子喷涂制备莫来石涂层,对涂层进行了热震试验。以OLYCIA m3图像分析软件测定涂层孔隙率,以MH-5-VM型显微硬度仪测定涂层硬度,依照ASTMC633-79标准测定涂层结合强度,以X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征涂层的相组成和微观形貌。结果表明,莫来石涂层主要由变形颗粒、未熔融粉末及少量孔隙组成,涂层中没有微观裂纹;涂层中含有莫来石晶体和部分非晶态玻璃相;热震过程中,涂层中的非晶转变为晶态莫来石,同时伴随应力释放,导致涂层出现微观裂纹。     

Study of the densification of a nanostructured composite powder: Part 1: Effect of compaction pressure and reinforcement addition

Al/Al₂O₃ composite coating was prepared by plasma spraying and characterized by XRD and SEM. Some thermal–mechanical properties of the composite coating including thermal diffusivity, microhardness, fracture toughness and sliding wear rate were measured. The results showed that the Al/Al₂O₃ composite coating, compared with Al₂O₃ coating, exhibits denser structure and developed splat interface. The coexistence of Al metal phase and Al₂O₃ ceramic phase effectively increased the fracture toughness and thermal diffusivity of composite coating, in spite of the slight decrease in microhardness. Furthermore, the wear resistance of Al/Al₂O₃ composite coating is superior to that of Al₂O₃ coating.     

2219铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织对微弧氧化膜生长的影响

采用微弧氧化方法在硅酸盐电解液里在2219铝合金搅拌摩擦焊接头表面均匀生长一层50 μm陶瓷膜, 分析了铝合金基体和焊缝区陶瓷膜的形貌、相组成和显微硬度分布, 探讨了合金显微组织和微弧氧化膜生长过程的相互影响. 结果表明, 铝合金显微组织对微弧氧化膜的生长影响较小, 铝合金基体和焊缝区的微弧氧化膜特性几乎相同, 陶瓷膜都是由α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃和莫来石(3Al₂O₃·2SiO₂)相组成; 不同区域膜层的显微硬度相等, 其平均硬度约为HV 1500. 另外, 微弧放电高温过程对膜/基界面附近的铝合金显微组织没有影响.     

LaMeAl11O19/YSZ热障涂层热力学性能和热循环寿命

LaMeAl₁₁O₁₉陶瓷具有独特的晶体结构, 优异的热力学性能, 低热导率, 高温相稳定性等特点, 是一类非常有应用前景的热障涂层(TBC)材料。本研究通过大气等离子喷涂(APS)制备了LaMeAl₁₁O₁₉/YSZ (Me=Mg, Cu, Zn)双陶瓷层热障涂层。通过对涂层进行火焰热循环测试并结合扫描电子显微镜、X射线衍射仪等分析技术对涂层进行失效分析。结果表明, LaMgAl₁₁O₁₉ (LMA)、LaZnAl₁₁O₁₉ (LZA)和LaCuAl₁₁O₁₉ (LCA)粉末在等离子喷涂过程中发生了分解, 导致三种涂层中磁铅石相含量的差异, 从而影响三种涂层的热循环寿命。由于LaMeAl₁₁O₁₉层与YSZ层的热膨胀系数不匹配以及非晶相重结晶产生的体积收缩, LaMeAl₁₁O₁₉层从YSZ层上剥落。YSZ层暴露在高温下, 加速了烧结和TGO的生长, 又促进了YSZ层剥落。低温下, LaMeAl₁₁O₁₉的热导率随着Me原子序数增加而降低; 高温下, 与LMA和LZA相比, LCA涂层红外发射率最高(0.88, 600 ℃), 削弱了光子传导对热导率的贡献, 导致热导率降低, LCA在高温红外辐射涂层中具有潜在的应用价值。     

Q235低碳钢表面等离子熔覆TiB2-TiC/Fe复合涂层及耐磨性

采用等离子熔覆技术,以Fe55、Ti、B₄C混合粉末为原料,在Q235低碳钢表面获得了TiB₂-TiC/Fe复合涂层,并分析了涂层的物相组成、组织结构,测试了显微硬度和摩擦磨损性能,探讨了其磨损机制。TiB₂-TiC/Fe复合涂层的主要物相为TiB₂、TiC、α-Fe,其中TiB₂呈多边形和矩形,TiC则呈不规则块状;随着原始粉末中Ti、B₄C含量的增加,TiB₂、TiC尺寸逐渐增大,TiB₂-TiC/Fe涂层与基体之间结合紧密,呈冶金结合;随着TiB₂-TiC/Fe复合涂层陶瓷相含量的增加,涂层硬度和耐磨性显著提高,当陶瓷相含量增加到一定程度（35wt%）时,涂层耐磨性能有所降低,TiB₂-TiC/Fe复合涂层的磨损方式主要是磨粒磨损和剥层磨损。Ti+B₄C陶瓷相含量为30wt%的等离子熔覆涂层耐磨性能较好,约为Q235钢基体的7倍,当Ti+B₄C含量持续增加时,TiB₂、TiC尺寸增大、缺陷增多,最终使TiB₂-TiC/Fe复合涂层耐磨性降低。     

大气等离子喷涂MoSi2-30Al2O3电热涂层的组织结构及性能

以MoSi₂-30Al₂O₃混合粉末为原料, 利用大气等离子喷涂技术制备MoSi₂-Al₂O₃体系电热涂层。采用XRD、SEM、通电测试、热重-差热分析等对涂层的相组成、组织形貌和热稳定性进行表征。结果表明：MoSi₂-30Al₂O₃电热涂层体系组织均匀致密, 添加Al₂O₃能改善MoSi₂的电阻率及低温抗氧化性; MoSi₂-30Al₂O₃涂层电热性能优异, 在循环加热测试中, 能稳定地加热到320 ℃并长时间保温, 辊面温度分布均匀, 中部温差控制在25 ℃之内; 循环加热过程中的氧化及热应力的弛豫会导致涂层产生裂纹及孔隙进而导致涂层电阻率升高。     

单相双稀土改性SrZrO3热障涂层的热物理性能

由于SrO和ZrO₂的蒸气压不同, 造成等离子喷涂SrZrO₃涂层组分偏离原始粉末化学计量比, 从而导致制备态涂层中出现第二相ZrO₂。为了获得高相稳定性的单相涂层, 实验采用固相合成法合成并经过喷雾造粒制备了双稀土改性Sr过量SrZrO₃(Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05)热喷涂粉末, 采用大气等离子喷涂方法制备了相应的涂层, 研究了单相双稀土改性SrZrO₃热障涂层的热物理性能及其热循环寿命。研究结果表明, 制备态Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05涂层中无第二相产生, 1600 ℃热处理360 h后Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05保持单相SrZrO₃结构, 高温相稳定性良好。Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05涂层的烧结系数为7.27×10 ^-6 s ^-1, 热处理360 h后该涂层的热膨胀系数为(9.0~11.0)×10 ^-6 K ^-1 (200~1400 ℃), 热导率为2.83 W/(m?K) (1000 ℃)。Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05/YSZ双层涂层的火焰循环次数为1000次, 失效区域主要发生在Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05陶瓷层内。在喷涂粉末中增加SrO的含量能够弥补在大气等离子喷涂过程中Sr元素过量挥发的问题, 成功制备了单相双稀土改性Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05热障涂层。双稀土掺杂能够明显提高涂层的热膨胀系数, 且单相双稀土改性Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05涂层的抗烧结性能明显优于SrZrO₃涂层, 但单相Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05涂层热导率比含有第二相的SrZrO₃涂层高。     

等离子喷涂-物理气相沉积Si/莫来石/Yb2SiO5环境障涂层

采用等离子喷涂-物理气相沉积技术(PS-PVD)在SiC/SiC复合材料表面依次制备了Si(底层)、3Al₂O₃-2SiO₂ (中间层)、Yb₂SiO₅(面层)环境障涂层(EBC)。利用扫描电子显微镜(SEM)观察分析EBC涂层表面与界面的微观形貌, X射线衍射仪对喷涂过程中易非晶化的莫来石涂层进行物相分析, 研究了喷涂粉末与高温等离子体的相互作用并探讨了EBC涂层的沉积机制。结果表明：通过PS-PVD技术可制备出低孔隙率、高致密界面的EBC涂层。通过观察EBC涂层表面, Si涂层表面无裂纹, 而莫来石和Yb₂SiO₅涂层表面均发现有微裂纹, 其中莫来石涂层表面的裂纹尺度大于Yb₂SiO₅涂层。三层结构的致密EBC涂层以液相沉积为主, 同时伴随有气、固沉积。在Yb₂SiO₅涂层沉积过程中, 液相沉积导致涂层为致密的层状结构, 蒸发后气相在等离子焰流中及基体表面发生均匀形核和非均匀形核导致涂层中出现大量的纳米晶粒, 而微熔粒子和溅射粒子则形成涂层中亚微米、微米晶粒。     

AZ31B镁合金表面自蔓延反应火焰喷涂Al_2O_3基陶瓷层的组织结构及性能

为了提高火焰喷涂Al2O3基陶瓷涂层的致密度、结合强度和耐磨性,将铝热剂Al/CuO加入氧化铝钛粉(AT)陶瓷骨料中,采用自蔓延(SHS)反应火焰喷涂技术在AZ31B镁合金表面制备了Al2O3基复相陶瓷层,并对涂层的组织结构、致密度、抗热震性、结合强度和耐磨性进行了测试,分析了铝热剂对陶瓷层性能的影响。结果表明:与普通火焰喷涂制备的AT陶瓷层相比,SHS反应火焰喷涂制备的Al2O3基陶瓷层内部有Cu2+1O,Cu3TiO5,Al等新相生成,具有良好的致密度、结合强度和显微硬度,其耐磨性较普通火焰喷涂AT层提高较多。     

阶段占空比对ZrH1.8表面微弧氧化陶瓷层性能的影响

为了提高氢化锆表面微弧氧化陶瓷层的致密性及阻氢性能, 采用恒压模式对氢化锆基体进行微弧氧化处理, 在磷酸盐电解液体系下, 研究阶段占空比分别为40%-50%-60%、50%-60%-40%和60%-50%-40%三种情况下陶瓷层的生长过程。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、膜层测厚仪分析陶瓷层的形貌、相结构及厚度; 通过真空脱氢实验评价不同阶段占空比模式下获得陶瓷层的阻氢性能。研究结果表明: 不同阶段占空比模式下在ZrH_1.8表面可制得厚度分别为162.6、175.9、158.7 μm的氧化锆陶瓷层, 且所制微弧氧化陶瓷层均由M-ZrO₂、T-ZrO₂以及Zr_0.95Ce_0.05O₂三种物相组成, 阶段占空比对陶瓷层物相组成无显著影响; 阶段占空比为40%-50%-60%条件下, 氢化锆表面所制陶瓷层厚度达到162.6 μm, 氢渗透降低因子(Permeation Reduction Factor, PRF)达到12.5, 阻氢性能较佳。