等离子喷涂用Y2O3稳定ZrO2空心球形粉末制备技术及涂层性能的研究现状

原始粉末是影响等离子喷涂热障涂层组织结构和性能的主要因素之一。Y_2O_3稳定ZrO_2(Yttria stabilized zirconia,YSZ)空心球形粉末综合了熔融破碎粉末的预合金化效果好和团聚烧结粉末的流动性好的优点。采用该粉末制备的YSZ热障涂层的隔热性能、抗热震性能以及抗烧结性能等均显著提高,是目前综合性能最为优异的热障涂层之一。结合国内外研究情况,文章主要介绍了喷雾干燥法、等离子球化法以及模板法制备等离子喷涂用YSZ空心球形粉末的原理和优缺点;同时,对等离子喷涂过程中YSZ空心球形粉末熔滴的飞行特性、铺展凝固行为以及YSZ空心球形粉末制备涂层组织结构及性能的研究进行了概述;最后,指出了目前研究中存在的问题并对其未来的研究方向进行了展望。     

常规和纳米ZrO_2-7%Y_2O_3等离子喷涂热障层及其激光重熔后的抗热震性能

为了探讨激光重熔对等离子喷涂常规和纳米热障涂层(TBCs)的影响,采用等离子喷涂工艺在γ-TiAl合金表面制备了常规和纳米ZrO2-7%Y2O3TBCs,并对其进行激光重熔处理,研究了等离子喷涂常规TBCs、激光重熔-等离子喷涂常规TBCs、等离子喷涂纳米TBCs及激光重熔-等离子喷涂纳米TBCs 4种涂层在850℃下的抗热震性能。结果表明:4种TBCs热震失效次数依次为73,118,146,163次,相应的热震破坏形式分别为整体剥落、局部剥落、边角剥落和局部剥落;纳米结构有利于提高涂层的抗热震性能;激光重熔在一定程度上改善了等离子喷涂层的抗热震性能。     

纳米ZrO2热障涂层热震性能研究

为了研究纳米热障涂层的热震性能,采用等离子喷涂工艺制备了纳米Y2O3-ZrO2(YSZ)热障涂层,并测试了涂层的热震性能.借助扫描电镜和X射线衍射等手段分析了涂层的物相构成和组织结构.结果表明,涂层中保留未完全熔融的小尺寸颗粒,且存在大量的孔径＜1 μm的微孔,该结构对提高涂层的热震性能极为有利.纳米涂层抗热震性能显著优于常规热障涂层,从室温至1 000℃,经800次热循环,涂层无明显的脱落现象.     

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。     

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。     

等离子喷涂热障涂层多层结构的研究进展

基于热障涂层的发展现状，总结了SPS（悬浮液等离子喷涂）、SPPS（溶液前驱体等离子喷涂）及PS-PVD（等离子喷涂-物理气相沉积）技术及其制备的热障涂层结构性能特点；综述了等离子喷涂热障涂层单层、多层和梯度涂层的发展，着重总结了La₂Zr₂O₇、Gd₂Zr₂O₇、La₂Ce₂O₇ 3种陶瓷材料体系结构变化对涂层性能的影响；展望了热障涂层多层结构的发展前景。     

等离子喷涂制备热障涂层的研究进展

等离子喷涂是制备热障涂层最常用的技术。综述了大气等离子喷涂、超音速等离子喷涂、低压等离子喷涂制备热障涂层的研究进展,分析了这3种制备技术的优缺点,并对等离子喷涂制备热障涂层的发展趋势进行了展望。     

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     

热喷涂及电子束物理气相沉积技术在热障涂层制备中的应用

对常用热障涂层制备技术,包括火焰喷涂、爆炸喷涂、大气等离子喷涂、高能等离子喷涂、超音速等离子喷涂、低压等离子喷涂、溶液注入等离子喷涂及电子束物理气相沉积技术进行了综述.介绍了上述几种制备技术的原理、工艺特点、存在不足及解决措施.认为发展爆炸喷涂工艺、溶液注入等离子喷涂工艺与EB-PVD工艺及其在新型热障涂层制备中的应用将是热障涂层制备技术研究的重点.     

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。     

液相等离子喷涂制备纳米ZrO2/Y2O3涂层的研究

传统的喷涂技术制备的ZrO2/Y2O3涂层存在原料需团聚烧结致密,纳米晶粒不定和物理性能不佳等缺点.采用一种新型的液相等离子喷涂法制备了纳米氧化锆热障涂层,初步分析了液相前驱体液滴在等离子焰流中和基体表面的沉积变化过程,研究了雾化液滴尺寸对纳米氧化锆涂层的显微结构,特别是其相结构的影响;同时分析了纳米氧化锆涂层的抗热震循环性能.结果表明,纳米氧化锆涂层可以承受1 000多次的热循环试验,具有优良的抗热震性能.     

纳米二氧化锆厚梯度热障涂层性能研究

采用普通等离子喷涂的方法制备了3种不同的梯度热障涂层,并对其性能进行了研究,结果表明:采用纳米氧化锆可以在不影响涂层结合强度的情况下大大提高涂层抗热震性能.     

纳米造粒料等离子喷涂氧化锆涂层的热物性研究

利用大气等离子喷涂技术和纳米粉体造粒料,制备了3mol%Y2O3部分稳定ZrO2热障涂层.利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)研究了涂层的显微结构,采用差示扫描量热仪(DSC)、激光脉冲法热导仪对涂层的热物理性能进行了实验研究和理论分析.结果表明:利用纳米粉体造粒料和等离子喷涂技术可获得导热系数为0.63～0.80W/(m·K)的热障涂层.原因在于涂层显微结构中大量分布均匀的微小气孔和平均长度在十几微米的、垂直于热流方向的层状微裂纹.相变可导致涂层热物性变化异常.热处理后涂层的晶粒长大和气孔率降低可导致导热系数升高。     

厚质热障涂层工艺研制

功能性热障涂层的研究及发展,始终受到人们的极大关注。热障涂层能改善高温部件的耐久性,在军民品应用领域有着巨大的潜力和重要的意义。本文介绍采用等离子喷涂方法制备1毫米厚热障涂层,根据涂层的要求进行喷涂工艺、性能、微观组织、热冲击性能研究,确定合理的喷涂工艺参数。     

喷涂工艺对Fe-Ni-B喷涂涂层组织性能的影响

采用高速火焰喷涂技术以及等离子喷涂技术制备了Fe-Ni-B涂层.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线荧光光谱仪(EDX)分析了粉末以及涂层的微观结构、涂层到基体的成分分布.利用X射线衍射(XRD)分析了喷涂态的涂层物相.并对涂层的结合强度及抗热震性能进行了试验研究.研究结果认为:等离子喷涂层组织更为致密,但其热喷涂涂层存在的层状结构也更加明显.熔融液滴在涂层表面的平铺效果都比较好.Fe、Ni元素的分布从涂层到基体基本成均匀分布,避免了局部元素偏析所造成的应力集中.热震后,等离子喷涂涂层中的裂纹分布细小且无规律.高速火焰喷涂涂层裂纹主要集中在涂层与基体结合部位.根据材料抗热震性能的能量理论和弹性理论,等离子喷涂涂层的抗热震能力更强.并且涂层的断裂失效主要产生在结合部位.     

高炉风口上超音速火焰喷涂金属-陶瓷梯度层的可行性

在高炉风口表面制备一层适宜的金属-陶瓷梯度热障涂层,是提高风口寿命的一种有效的方法.本文旨在验证在风口上制备金属-陶瓷梯度保护层,提高高炉风口寿命的可行性.通过大型的有限元仿真软件AN-SYS,模拟分析了在紫铜表面喷涂陶瓷热障层的隔热效果,并且探讨了HVOF涂层的性能.结果发现,仅仅0.4 mm厚的ZrO2涂层就可以使铜基体温降200℃左右,而且超音速火焰喷涂打底的金属-陶瓷涂层的抗氧化性、热震性优于其他喷涂方法,这表示能够从材料和工艺两方面解决风口喷涂陶瓷层易脱落的问题.证明了在风口上喷涂金属-陶瓷梯度热障涂层的可行性以及利用HVOF打底层制备金属-陶瓷热障层的优势.     

粘结层喷涂方法对铜基体与热障涂层结合强度的影响

为提高铜基体上热障涂层的工作温度和寿命,分别采用超音速火焰喷涂(HVOF)和等离子喷涂(APS)制备NiCrAlY粘结层,采用等离子喷涂制备ZrO2-8%Y2O3陶瓷面层.用拉伸试验测试了热障涂层的结合强度,利用SEM分析了拉伸断口的成分分布和微观形貌.研究表明,用HVOF制备粘结层的热障涂层的结合强度为47.9 MPa,用APS制备粘结层的热障涂层的结合强度为31.2 MPa.与等离子喷涂制备粘结层相比,采用超音速火焰喷涂制备粘结层可明显提高ZrO2陶瓷涂层的结合强度.     

等离子喷涂法制备黑铬太阳能选择性吸收涂层

采用等离子喷涂法制备了黑铬太阳能选择性吸收涂层,采用XRD、SEM等测试方法对涂层的物相、微观结构、太阳能吸收性能进行了表征。对涂层进行了打磨,并在涂层表面制备SnO2选择性透过薄膜。研究表明,采用等离子喷涂方法制备的黑铬涂层吸收率为0.93,发射率为0.88,经打磨处理后,发射率降至0.76。添加SnO2薄膜后,涂层吸收率变化小,发射率降至0.50。热震实验表明该涂层具备良好的抗热震性能。     

制备参数对等离子喷涂热障涂层高温冲蚀性能的影响

燃机热端部件热障涂层实际服役过程中不可避免发生高温冲蚀,引起涂层失效。采用等离子喷涂工艺制备不同喷涂距离、不同喷涂功率的热障涂层,并对其进行1 000℃/60°高温冲蚀试验,研究制备参数对热障涂层耐高温冲蚀性能的影响规律。结果表明:42 kW功率制备涂层,随喷涂距离的增加(110,120,130 mm),涂层耐高温冲蚀性能降低,冲蚀率显著增大(31.40,45.11,76.79 mg/g);110 mm喷涂距离下制备涂层,随喷涂功率的增加(39,42 kW),涂层耐高温冲蚀性能提高,冲蚀率减小(58.86,31.40 mg/g);涂层力学性能是影响其高温冲蚀性能的重要因素。