粘结层粗糙度对YSZ涂层热震性能的影响

目的 提高YSZ涂层的服役寿命.方法 采用火焰喷涂和等离子喷涂的方法,在GH4169高温合金上分别制备NiCoCrAlY粘结层和8YSZ陶瓷层.在制备陶瓷层之前,通过低压喷砂的方法对粘结层表面进行处理,改变粘结层的表面粗糙度.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、3D测量激光显微镜,表征涂层的物相、微观形貌和表面粗糙度.使用马弗炉进行1100℃的热震实验,表征YSZ涂层的热震性能.结果 通过喷涂方法制备的粘结层,表面较为粗糙,喷砂处理后,有效地改善了表面情况,表面粗糙度下降了1～3μm.随着热震实验的进行,陶瓷层和粘结层中间形成的热生长氧化物(TGO)不断增厚.喷砂处理后,涂层的氧化速率降低.热震实验后,涂层边缘处会萌生微裂纹,随着裂纹的累积扩展,最终贯通,形成局部的涂层剥离.失效前后,YSZ没有相变发生.结论 涂层失效多发生在TGO界面处,粘结层的高温氧化引起TGO层生长增厚,会导致涂层的失效.平整的TGO生长界面可以减少接触面,降低粘结层的氧化速率.平整界面可以避免局部起伏造成的TGO过度生长.经过表面喷砂处理改善粘结层粗糙度的涂层,具有更优异的抗热震性能.TGO层的形成和生长,容易导致微裂纹的萌生和扩展.粘结层表面处理后,能够为TGO的形成和生长提供相对平整的界面,有效提高TGO的质量,进而提高涂层的抗热震性能.     

热障涂层高温TGO生长变化

通过Abaqus有限元分析软件对热障涂层在高温氧化过程中的热氧化物层(themally growth oxide,TGO)生长机制进行研究.结果表明,当高温氧化到100 h时,TGO厚度由初始的0.5μm生长至6.7μm且在不同位置TGO的厚度略微不同.随着高温时间的增加,热障涂层在TGO的波峰、波谷以及涂层边界处容易出现应力较大值,且和周围材料相比应力明显较大,此时,这些位置容易达到材料开裂临界应力,形成裂纹萌生点,使得涂层失效.在高温氧化过程中,涂层吸收总能量为43.6 J,其中少部分转化为涂层变形所消耗的能量,剩下的能量为高温氧化过程中涂层成分改变,微观组织改变以及裂纹萌生扩展提供能量.     

等离子喷涂热障涂层热震失效过程及残余应力分析

采用等离子喷涂技术在高温合金上制备了热障涂层(粘接层为NiCoCrAlY,陶瓷层为ZrO2-8%Y2O3),利用扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(RFS)等试验手段研究了热障涂层热震失效的过程及残余应力大小和分布状态。结果表明:150次热循环后,陶瓷层和热生长氧化物(TGO)生成裂纹,其中陶瓷层的裂纹已扩展至TGO;350次热循环后,出现贯通陶瓷层与金属过渡层的纵向裂纹,涂层局部出现剥离,剥离位置位于TGO与陶瓷层界面;拉曼光谱(RFS)分析结果显示TGO内应力水平分布不均,局部厚大区和凸凹处残余应力较大,是裂纹萌生、扩展的主要部位。     

高温拉压环境下DZ125高温合金的热障涂层失效

采用电子束物理气相沉积法（EB-PVD）在定向凝固Ni基高温合金DZ125基体上制备了NiCoCrAlY粘结层和YSZ陶瓷层，研究了高温拉压环境下热障涂层的失效模式，并对其进行了有限元分析。实验结果表明，热障涂层的失效与仅受热载荷作用下的有很大不同，仅有热载荷作用下的热障涂层裂纹多萌生于热氧化层（TGO）内部，进而扩展引起热障涂层的失效。而高温拉压试验后热障涂层体系存在两种裂纹，分别萌生于TGO／粘结层界面和粘结层／扩散层界面附近。有限元模拟结果显示TGO／陶瓷层和TGO／粘结层处存在应力状态的转变和应力值的突变，径向应力的突变导致了界面分离现象的产生，而轴向应力的突变加速了垂直于界面裂纹的扩展，并导致了试样的最终断裂。     

TGO界面特征对热障涂层残余应力的影响

采用非线性有限元方法模拟计算了热障涂层中陶瓷层(TCC)及粘结层(BC)与热生长氧化物(TGO)层界面的残余应力的分布,计算过程中,考虑到了材料物性的非线性特征及界面形貌特征的影响.结果表明,形貌单元尺寸及分布密度对TGO界面应力有明显的影响,TCC/TGO界面的应力大于BC/TGO界面的应力.在锥形坑形貌中心尖点处存在应力集中现象,且呈现最大应力值,是涂层失效的危险点,并且残余应力值随着界面形貌分布密度的增加而减小.     

真实TGO界面形貌对热障涂层界面应力的影响

采用MSC.MARC有限元分析软件,以真实服役的某重型燃气轮机透平第一级动叶片表面热障涂层为研究对象,研究真实TGO界面形貌对热障涂层界面应力的影响。结果表明:在TC/TGO界面的TC层中,法向应力σ₂₂分布中的拉应力位于波谷区域,压应力位于波峰区域,而在BC/TGO界面的BC层中,σ₂₂应力分布与TC层相反;TC层与BC层的剪切应力σ₁₂分布规律相同,均是波谷左侧的应力方向为负,波谷右侧的应力方向为正。TGO界面的波峰和波谷处的法向应力σ₂₂值随TGO厚度的增大而增加;当TGO厚度不变时,BC/TGO界面振幅增大,TGO内和BC内的法向应力σ₂₂值也随之增大。     

基于内聚力单元与XFEM的热障涂层失效分析

为了更好的理解热障涂层的失效机理,文中运用ABAQUS有限元软件来分析热障涂层的失效情况,使用内聚力单元和扩展有限元（XFEM）两种方法研究热障涂层TGO界面开裂与陶瓷涂层（TC）和氧化层（TGO）内随机裂纹的萌生与扩展,研究竖直裂纹与水平裂纹的关系.结果表明,热障涂层TGO界面的开裂首先出现在TGO/TBC波谷处.陶瓷涂层和氧化层内随机裂纹的萌生同样发生在TGO/TBC波谷处.竖直裂纹的存在可以抑制水平裂纹的萌生与扩展,且其在TGO/TBC波谷处的扩展长度比在TGO/TBC波峰处的扩展长度更长,说明TGO/TBC波谷区域是个危险区域,在此区域容易引发裂纹的萌生与扩展.     

铂铝涂层高温氧化的影响因素研究

研究比较沉积热障涂层和无热障涂层的镍基高温合金铂改性铝化物涂层在900,1000和1100℃空气中高温氧化生成的氧化铝层表面形态和断面结构。发现低铂含量涂层氧化初期热生长层(TGO)表面有放射状裂纹形成和长大,造成氧化铝的局部脱落,并在TGO与铂铝涂层界面形成空洞。涂层900℃循环氧化300h后TGO内部均形成空洞。而在1100℃氧化时,TBC陶瓷层的存在改变了两种铂铝涂层TGO的内应力变化趋势,升高温度使TGO厚度迅速增大,涂层寿命迅速下降。     

热障涂层系统的热梯度机械疲劳应力分析

基于IN738高温合金基体上涂覆的热障涂层系统(Thermal barrier coating system,TBCs),分析热循环和热梯度机械疲劳加载条件下涂层的应力分布及演变。通过有限元分析研究了热生长氧化层(Thermally growth oxidation,TGO)的应力分布,以预测不同载荷作用下TBCs的失效行为。结果可知,在热循环的基础上施加应变载荷会造成TGO应力性质及大小的改变。只施加温度载荷,在加热过程中TGO/粘结层(Bond coat,BC)界面波峰位置会承受轴向较大的拉伸应力,裂纹多会在此处萌生,且以层间开裂的方式失效。而在温度与机械载荷的共同作用下,冷却过程中会承受较大的拉伸应力,显著增大的轴向应力与径向应力共同作用,使垂直于TGO/BC界面的裂纹沿着界面方向扩展,从而造成陶瓷层(Top coat,TC)剥落。进一步对比分析了同相和反相加载时的应力分布,结果表明反相加载时一次循环周期内会产生拉伸平均应力,更易发生TBCs的失效。     

应变幅和相角度对热障涂层材料系统热机械疲劳性能的影响（英文）

热障涂层作为燃气轮机高温部件的关键材料,其服役过程中的脱落与失效机理一直是研究的热点问题。研究了应变幅和相角度对含热障涂层的镍基高温合金热机械疲劳性能的影响。研究结果表明,在相同相角度下,热机械疲劳寿命随应变幅的增大而降低。固定应变幅,同相位下样品的热机械疲劳寿命要高于反相位样品。所有样品中,裂纹萌生于热生长氧化物层,在粘结层与陶瓷层界面扩展形成分层裂纹,分层裂纹与陶瓷层内贯穿裂纹连接起来导致大面积的陶瓷层剥落,从而导致TBC层失效。另外,分析了热障涂层中的应力分布,初步建立了含热障涂层的镍基高温合金热机械疲劳寿命模型,发现含热障涂层的镍基高温合金热机械疲劳寿命与涂层中的最大应力呈指数关系。     

PdY/FeCrAl复合丝材的界面结构和扩散

制备了一种以 FeCrAl 合金为芯层、PdY 合金为覆层的复合材料丝材。用金相显微镜、X射线衍射仪和电子探针仪观察、分析了复合丝材在850℃大气退火不同时间后的界面结构和界面扩散。由于各元素的扩散和相互作用,界面层中有3种新相生成,新相对各元素的界面扩散有很大的影响。Fe、Cr、Al、Pd的扩散层深度ξ和退火时间t遵循如下关系：ξ=k?3 t (k是元素的扩散速度常数)。     

KINETICS OF LIQUID PENETRATING INTO GRAIN BOUNDARY

ＫＩＮＥＴＩＣＳＯＦＬＩＱＵＩＤＰＥＮＥＴＲＡＴＩＮＧＩＮＴＯＧＲＡＩＮＢＯＵＮＤＡＲＹ￥Ｃｈｅｎ，Ｋａｎｇｈｕａ；Ｈｕａｎｇ，Ｂａｉｙｕｎ（ＰｏｗｄｅｒＭｅｔａｌｌｕｒｇｙＲｅｓｅａｒｃｈｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉ...     

金刚石表面镀钛及界面微结构的研究

本文研究了应用真空微蒸发镀方法实现了金刚石表面镀钛.X-射线衍射分析表明:镀钛层物相为TiC和Ti,反应形成的界面结构层次为:金刚石-TiC-Ti.TiC层一般厚度在几百到上千埃,镀Ti层总厚度大约150 nm-200 nm.根据金刚石、TiC和Ti的晶体结构特点,应用结构对应原则,创建了金刚石/TiC/Ti共格界面模型.金刚石和TiC之间的共格界面为:(111)金刚石∥(111)TiC,C原子的周期性对应关系为:6 ×0.252 nm≈5×0.304 nm,C原子错配率为0.526%;金刚石和TiC界面间的C原子形成垂直的键、偏斜的键和桥式三中心键.六方结构α-Ti的和面心立方的TiC之间的共格界面为:(1000)α-Ti∥(111)TiC,形成垂直键,Ti原子错配率为0.66%.     

一种内生复合板弱界面结合强度的测试方法

提出了一种利用拉伸法和剪切法测定内生复合板钢板弱界面拉伸强度及剪切强度的测试方法.该方法具有测试简单、数据准确的特点.     

MICROSCOPIC KINETICS OF NON-EQUILIBRIUM SOLIDIFICATION

Theoretical model for non-equilibrium solidification is constructed with consideration of diffuse interface and muliphase fhctuation.It can be degenerated to A(?)i(?) continuousgrowth model in the case of mono-atomic approximation.For large underecooling, thechange of heat eapacity should not be neglected and it usually gives an increase in the inter-face partition coefficient.Solute trapping may happen at a rather slow growth rate com-pared with that predicted by other models,because the undercooling and structural relaxa-tion ahead of the S/L interface lowers the interfacial diffusivity to a great extent. Phasefluctuation has two contending effects,decrease in energy barrier and increase in atomicdragging,therefore exerts dual influences on the partition coefficient.     

钛合金非氧化热喷涂金属钼涂层界面冶金特征

对TA7钛合金以氩气保护等离子热喷涂金属钼，并进行保温扩散处理得到的涂层界面微观结构用金相显微镜、扫描电镜、电子探针、X射线衍射等分析手段做了较详细的分析。结果表明，采用亚音速等离子热喷涂金属钼可得到致密、基本无层状结构的涂层；界面附近合金元素的相互扩散可促进形成冶金结合，并对钛合金近界面组织结构产生一定的影响。     

铝-镁合金磁脉冲焊接界面形貌研究

采用不同的焊接工艺参数对1060铝合金与AZ31镁合金进行磁脉冲焊接试验。结合铝-铝界面形貌,对比探讨磁脉冲铝-镁异种金属焊接接头界面波特征。通过SEM/EDS、纳米压痕试验,着重研究界面"熔化区"的产生机理、分布特点以及此区域的硬度变化。试验结果表明:界面呈不规则的波状结合方式,嵌入镁层的界面波远大于铝层;在"熔化区"会生成脆硬的第二相,此相分布在Al基一侧。通过调整适当的焊接工艺参数可避免此"熔化区"产生。     

抗辐照损伤金属基纳米结构材料界面设计及其响应行为的研究进展

在高能粒子辐照条件下,金属基结构材料内部会出现不同类型的缺陷,这些辐照诱导缺陷的大规模聚集会造成损伤,降低材料的结构稳定性,从而严重影响结构材料的力学和物理性能。通过材料设计的手段引入界面充当缺陷陷阱,可通过对辐照诱导缺陷的分离、吸收和湮灭,有效减轻材料的辐照损伤。纳米结构材料由于含有高密度界面,其辐照损伤行为的研究于近20年快速发展,且界面能被证实是影响界面调控辐照损伤的重要因素。本文聚焦金属基纳米结构材料,围绕界面设计,详细阐述了低能和高能界面设计下,不同结构类型的界面对辐照损伤的影响及界面响应行为的研究进展,为进一步实现界面结构优化,平衡界面能、界面结构稳定性及良好辐照抗性之间的关系提供理论基础和科学依据。最后,基于前述界面设计的思想,总结了近年来发展的碳/金属界面设计及抗辐照损伤的研究进展,展望了未来先进抗辐照金属基纳米结构材料的设计和发展。     

熔体过热处理对定向凝固界面形态及稳定性的影响

介绍了固液界面形态及稳定性的判据,即成分过冷理论和绝对稳定理论;简述了国内熔体过热处理的研究;详细阐述了熔体过热处理影响定向凝固界面形态及稳定性的现象及理论研究.并对今后熔体过热处理在定向凝固技术中的研究方向作了展望.     

TEM精确测定无理择优界面取向

本文介绍了一种应用透射电镜(TEM)的电子衍射菊池花样来精确测量无理择优界面取向的方法.根据误差分析的结果,该方法从提高测量精度和增大界面矢量间夹角两方面出发,分别测量界面迹线和直立(edge-on)取向,计算无理择优界面的取向.相对其它方法,该方法将测量误差的影响降到最小,其计算结果分布集中,收敛性最好.