等离子喷涂常规和纳米ZrO2-7％Y2O3热障涂层隔热性能

采用等离子喷涂工艺在TiAl合金表面制备常规和纳米ZrO2-7％Y2O3(质量分数)热障涂层,分析了两种涂层的组织结构,并对其隔热性能进行了比较.结果表明,等离子喷涂常规热障涂层呈典型的层状堆积特征,而纳米涂层为特殊的两相结构.相对于常规涂层,纳米涂层有较好的隔热性能;在1100℃时,等离子喷涂常规及纳米涂层的隔热温度分别为83、127℃.     

高韧性过渡层对大气等离子喷涂热障涂层性能的影响EI北大核心CSCD

高温服役环境下,大气等离子喷涂(APS)制备的纳米结构热障涂层受热应力作用,黏结层/陶瓷层界面附近的陶瓷层内部易形成横向裂纹而导致热障涂层失效。利用常规大气等离子喷涂和超音速等离子喷涂(SAPS)制备8YSZ高韧性过渡层。结果表明,采用APS和SAPS制备的高韧性过渡层提高了扁平化粒子间结合状态和涂层致密度,相比常规结构8YSZ涂层的断裂韧性分别提高约46%和84%,高韧性过渡层均提高了复合结构热障涂层结合强度、抗热震性能和燃气热冲击寿命,SAPS制备的高韧性过渡层厚度为30~50μm时复合结构热障涂层抗热震性能最优,当高韧性过渡层厚度为10~30μm时,相比常规结构热障涂层燃气热冲击寿命提高120%。在温度梯度作用下,热障涂层最终失效由陶瓷层逐层剥落转变为靠近陶瓷层/黏结层界面处剥落。通过高韧性过渡层设计,兼顾热障涂层的隔热性能的同时,提高了热障涂层的结合强度和寿命。     

热喷涂纳米结构La_2Zr_2O_7(LZ)/8YSZ双陶瓷热障涂层

为了满足发动机以及涡轮机越来越高的性能要求,双陶瓷热障涂层逐渐取代单陶瓷层的8YSZ涂层,成为可以长期使用温度高于1 200℃的新型陶瓷涂层。采用等离子喷涂方法制备了La2Zr2O7(LZ)/8YSZ双陶瓷热障涂层,并同时制备了微米结构和纳米结构的单层8YSZ陶瓷涂层作为对比。通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究了粉体喂料和涂层的组织结构。采用对偶拉伸试验法、水淬方法和日本工业标准等研究了涂层的结合强度、隔热效果、热震行为以及高温抗氧化行为。结果表明,与单层的8YSZ陶瓷层相比,双陶瓷型n-LZ/8YSZ涂层的隔热效果提高了35%,热震次数增加了一倍,热氧化失效时间延长了100多小时,具有较佳的隔热效果、抗热震性能以及抗高温氧化性能。     

等离子喷涂和激光熔覆热障涂层隔热性能比较

采用多种方法制备不同类型的Al2O3-13％TiO2热障涂层,即等离子喷涂常规涂层、纳米结构涂层及激光熔覆纳米结构涂层．在分析三类涂层微观组织的基础上,对其隔热性能进行了比较．结果表明,即等离子喷涂常规陶瓷涂层呈典型的层状堆积特征,纳米结构涂层都为特殊的两相结构,其中部分熔化区由类似的残留纳米粒子组成,等离子喷涂纳米结构涂层的完全熔化区为片层状结构,而相应的激光熔覆涂层的完全熔化区则为细小等轴晶．在相同条件下,等离子喷涂纳米结构热障涂层具有最好的隔热性能,而激光熔覆纳米结构涂层的隔热性能要好于等离子喷涂常规涂层．     

Properties of Thermal Barrier Coatings Made of Different Shapes of ZrO2-7wt%Y2O3 Powders

大气等离子喷涂ZrO2-7%Y2O3 (7YSZ, Y2O3为质量分数)热障涂层广泛用于航空发动机热端部件以提高金属基体的抗腐蚀、耐高温、抗冲蚀等性能。采用超音速火焰喷涂(HVOF)以NiCoCrAlYTa粉为原料在高温合金K4169基体上制备了粘结层,通过大气等离子喷涂(APS)分别以团聚、空心7YSZ粉为原料在粘结层上制备了陶瓷面层。使用扫描电镜(SEM)和工业电子计算机X射线断层扫描技术 (ICT)对团聚、空心粉热障涂层的微观结构进行观察分析,然后再对以上 2 种热障涂层的抗氧化、热震、结合、隔热等热物性能进行对比分析。研究结果表明：空心粉热障涂层陶瓷层中存在大量的微孔和裂纹;热障涂层陶瓷层中不同孔隙率对粘结层高温抗氧化性能没有明显的影响,但它有助于提高热障涂层的热震性能和隔热性能;此外,高的涂层孔隙率会导致空心粉热障涂层的结合强度低于团聚粉热障涂层     

团聚及空心ZrO_2-7%Y_2O_3热障涂层性能（英文）

大气等离子喷涂ZrO2-7%Y2O3(7YSZ,Y2O3为质量分数)热障涂层广泛用于航空发动机热端部件以提高金属基体的抗腐蚀、耐高温、抗冲蚀等性能。采用超音速火焰喷涂(HVOF)以NiCoCrAlYTa粉为原料在高温合金K4169基体上制备了粘结层,通过大气等离子喷涂(APS)分别以团聚、空心7YSZ粉为原料在粘结层上制备了陶瓷面层。使用扫描电镜(SEM)和工业电子计算机X射线断层扫描技术(ICT)对团聚、空心粉热障涂层的微观结构进行观察分析,然后再对以上2种热障涂层的抗氧化、热震、结合、隔热等热物性能进行对比分析。研究结果表明:空心粉热障涂层陶瓷层中存在大量的微孔和裂纹;热障涂层陶瓷层中不同孔隙率对粘结层高温抗氧化性能没有明显的影响,但它有助于提高热障涂层的热震性能和隔热性能;此外,高的涂层孔隙率会导致空心粉热障涂层的结合强度低于团聚粉热障涂层。     

等离子喷涂陶瓷涂层的应用

简述等离子喷涂陶瓷涂层的研究进展与现状,依据陶瓷涂层应用的分类,从等离子喷涂陶瓷涂层的耐磨涂层、热障涂层、耐蚀涂层、超导涂层、压电陶瓷涂层、生物活性涂层方面介绍了目前常用的等离子喷涂陶瓷材料的性能及其应用的研究现状。     

纳米Al_2O_3包覆ZrO_2/Y_2O_3热障涂层的制备及性能研究

将耐热合金钢基体进行活化处理后,以Ni Co Cr Al Y为粘接过渡层,采用等离子喷涂法和喷枪快速喷涂工艺相结合制备包覆复合粉体Al_2O_3-Zr O_2/Y_2O_3和未包覆粉体Zr O_2/Y_2O_3的2种不同厚度的热障涂层材料样品,通过涂层的结合强度试验、涂层微观结构和高温隔热试验比较相同厚度的2种陶瓷涂层的结合强度及隔热效果,并探讨涂层厚度与隔热效果的关系。结果表明:采用纳米Al_2O_3包覆Zr O_2/Y_2O_3粉体制备的热障涂层其结构和性能都优于未包覆粉体Zr O_2/Y_2O_3制备的热障涂层,且该热障涂层隔热性能随涂层厚度的增加而提高,温度越高性能优势越明显。     

SiCw晶须掺杂ZrO2热障涂层的隔热性能研究

采用微弧等离子喷涂制备了SiC晶须(SiCw掺杂部分稳定氧化锆复合热障涂层.在制备涂层过程中,记录了涂层与基体背面的温度变化,为分析涂层残余应力提供了依据.测量了试样的隔热性能,分析了涂层的微观组织特点.结果表明:随着SiCw含量的增加,复合陶瓷层的孔隙率呈增大趋势,涂层的隔热性能有所下降.     

耐热钢表面等离子喷涂NiCrAlY＋(ZrO2＋Y2O3)热障涂层性能研究

利用等离子喷涂法在耐热钢1Cr18Ni9Ti基体表面喷涂NiCrAlY＋（ZrO2＋Y2O3）陶瓷热障涂层，并进行高温隔热性能试验，用XRD、SEM检测了试样的金相组织、结构及形貌，结果表明，陶瓷热障涂层与1Cr18Ni9Ti基体结合紧密；表面陶瓷层经高温氧化后处理后其硬度显著增高；进行850℃高温隔热性能试验，1Cr18Ni9Ti表面热障涂层隔热能力显著提高，达75℃。     

热喷涂纳米涂层20年回顾与展望

概述了热喷涂纳米涂层的发展,包括通过纳米粉体的再造粒技术形成热喷涂纳米结构涂层的过程,热喷涂纳米结构氧化铝/氧化钛耐磨抗蚀涂层材料的研发、产业化与成功应用,偶然获得热喷涂纳米自润滑涂层的过程,液料热喷涂纳米热障涂层的研发,新型热喷涂纳米热障涂层材料等。展望了热喷涂纳米涂层技术在国防和民用领域的应用前景,预计到2025年,全球热喷涂纳米涂层市场会达到65亿美元,其中20%左右的市场份额在中国。最后,指出通过对纳米粉体进行再造粒,在纳微观尺度上调控可喷涂粉体喂料的成分和组织结构,能够获得各种所需性能的纳米结构热喷涂涂层,可以用纳米材料制备出常规材料无法获得的全新高性能热喷涂纳米涂层,以满足各种高端装备关键构件的各种表面性能需求。所以,要通过政产学研用合作创新,加快纳米结构可喷涂粉体喂料产业化,发展高性能的热喷涂纳米涂层。     

等离子喷涂ZrO2—NiCoCrAlY梯度热障涂层的抗热震性及失效机理

研究了ZrO2-NiCoCrAlY热障涂层的抗热震性和热震失效机理。实验结果表明,梯度热隙涂层能明显延缓热震裂纹的形成和扩展,具有较高的抗热震性。热震裂纹形成与扩展主要在粘结层与基体的界面处。随热循环次数的增加,热震裂纹可在表面陶瓷层内和陶瓷层与过渡层的界面处形成。实验表明热障涂层热震失效的过程主要是裂纹形成、扩展及涂层剥落,粘结层的氧化是导致涂层剥落失效的重要原因。     

等离子喷涂热障陶瓷涂层冷却累计残余应力的有限元模拟与验证

目的 为有效预测等离子喷涂热障涂层冷却过程中累积的残余应力,降低残余应力对涂层稳定性的影响,需寻求可靠的热障涂层应力检测方法。方法 利用有限元分析软件,采用生死单元法建立了等离子喷涂ZrO₂涂层的有限元模型,高斯热源模拟等离子喷涂热源工况,研究涂层冷却至室温的残余应力及其分布。使用X射线衍射法、拉曼光谱法对等离子喷涂制备的ZrO₂涂层进行残余应力检测。结果 通过有限元模拟结果可以看出,喷涂涂层冷却到室温后其中心区域的残余应力与边缘位置相比较大,主要集中在热流中心区域;每层涂层结合界面处会产生较大应力,致使应力沿涂层厚度方向变化明显。涂层的等效应力为160～220 MPa。采用X射线衍射法检测涂层存在180～185MPa残余应力。标定ZrO₂涂层的拉曼-应力因子为8.33 (cm·GPa)^-1,计算得到涂层存在残余应力为174～180 MPa。对喷涂试样进行拉伸试验后,其残余应力有一定程度的释放。结论 使用有限元能有效模拟等离子喷涂至室温时涂层内部残余应力,与XRD、拉曼光谱检测结果具有良好的匹配性,...     

热障涂层先进结构设计研究进展

随着航空航天技术的不断发展,不断提高的涡轮前进口温度及恶劣的使用环境对镍基高温合金的使用性能提出了更高的要求。热障涂层是一种应用于涡轮发动机热端部件的表面技术,通过沉积在镍基高温合金表面,降低合金表面的温度。概述了采用传统单层层状氧化钇部分稳定氧化锆热障涂层的优势,包括较低的制备成本、便捷的制备方式及较低的层间热膨胀失配应力。同时,归纳了单层层状热障涂层在高温环境下存在的问题,包括氧化锆相变与烧结造成的涂层失效,以及热膨胀系数和断裂韧性较差的新型陶瓷材料无法直接制备在黏结层表面。在此基础上重点综述了近年来热障涂层先进结构设计的研究进展,包括双层层状结构、柱状结构、垂直裂纹结构及复合结构热障涂层,其中复合结构包括激光表面改性结构、梯度涂层结构及粉末镶嵌结构热障涂层。针对各种先进结构热障涂层,分别从微观结构、热震寿命、涂层内部应力、耐腐蚀性能、抗氧化性能等方面进行了归纳,并总结了各先进结构热障涂层现阶段发展的不足之处。最后展望了热障涂层先进结构设计的发展方向。     

A2Zr2O7型稀土锆酸盐热障涂层研究进展

综述了国内外稀土锆酸盐热障涂层在制备技术,纳米涂层,涂层结构及涂层的热物理性能、力学性能及热腐蚀性能等方面的研究成果,讨论了稀土锆酸盐热障涂层在每个方面研究存在的不足。指出未来应该进一步改善稀土锆酸盐涂层的制备工艺及后处理工艺,提高涂层的结合强度,延长涂层的服役寿命,改善涂层耐腐蚀、抗烧结等性能;开发新的涂层制备工艺,重点研究各类纳米稀土锆酸盐涂层的性能;进一步提高涂层的隔热效果、服役温度及工作寿命。     

先进陶瓷涂层结构调控及其在固体氧化物燃料电池中的应用

等离子喷涂技术可以对陶瓷涂层的微观结构进行调控设计,因此在制备固体氧化物燃料电池方面具有独特的优势。基于等离子喷涂方法,可以直接制备或经过后处理获得致密的电解质涂层。采用等离子喷涂技术也可以制备高性能的多孔阳极和阴极,并可对钙钛矿结构阴极材料的成分和晶体结构进行调控。文中介绍了目前国内外采用涂层制备电池的方法,主要探讨了热喷涂方法制备电解质涂层的特点,对存在的问题和可行思路进行了讨论,并探讨了基于提高三相反应界面长度来制备高性能电极的方法。由于固体氧化物燃料全电池各功能层都有可能通过热喷涂方法制备,因此该方法在固体氧化物燃料电池结构设计具有巨大的潜力。     

热障涂层隔热性能测试方法分析

分别利用4种不同的隔热性能测试方法,对氧乙炔火焰喷涂工艺制备的ZrO2陶瓷热障涂层的隔热性能进行了测试,通过红外测温仪和热电偶连接温度记录仪两种不同方式,测试试样金属基体温度,获得4组不同涂层厚度试样金属基体的温度变化曲线,并结合陶瓷涂层的服役工况对测试结果进行了分析,结果表明,测试方法不同,隔热性能测试所得数据也有所差异,但这4种测试方法均可不同程度的反映热障涂层的隔热效果及变化趋势,在接近实际服役工况条件下,可定性评估涂层隔热性能。     

等离子喷涂超高温热障涂层用纳米结构La2(Zr0.75Ce0.25)2O7球形喂料的研究

目的通过纳米粉体造粒技术制备出适合热喷涂超高温用纳米结构La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7球形喂料,进而采用热喷涂方法制备出纳米结构的热障涂层,以满足下一代热障涂层服役温度需求。方法以化学共沉淀法合成的纳米La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7粉末为原料,通过球磨、喷雾干燥及热处理工艺制备出纳米结构的La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7喂料,进而采用大气等离子喷涂方法制备出纳米结构La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7热障涂层。利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对原始纳米粉体、纳米喂料及喷涂态涂层进行显微形貌和组织结构分析。此外,通过电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)对制备的纳米喂料进行成分分析。结果制备出的纳米结构La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7喂料表面光滑、呈球形,成分与化学计量比基本一致。相对于原始纳米粉末,喂料晶粒长大并不显著。喷涂态涂层部分晶粒长大,但仍保留纳米结构。结论成功制备出纳米结构La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7球形喂料及纳米结构热障涂层,有望作为下一代超高温热障涂层材料。     

等离子喷涂Sm_2Zr_2O_7热障涂层的热冲击性能数值模拟

利用ANSYS软件对2Cr13、1Cr13Ni9Ti基体等离子喷涂的Sm2Zr2O7热障涂层在热冲击过程中的热应力分布进行了数值模拟,并比较了不同基体对涂层热冲击性能的影响.结果表明,热冲击过程中在涂层表面均存在较大的径向冲击热应力,同时在表面陶瓷层/金属粘结层界面处存在较大的应力梯度,2Cr13基体涂层的热冲击性能优于1Cr13Ni9Ti基体涂层,有限元计算结果与试验结果吻合良好.