激光表面改性对熔盐环境下热障涂层相稳定性和微观结构的影响

目的改善Y_2O_3部分稳定ZrO_2(YSZ)热障涂层的抗熔盐腐蚀性能。方法采用脉冲Nd:YAG激光系统对大气等离子喷涂YSZ热障涂层进行激光表面改性,优化激光参数,将喷涂态以及激光改性涂层在700℃和1000℃的V_2O_5熔盐下进行4 h热腐蚀实验。采用XRD、SEM和EDS表征腐蚀前后喷涂态和激光改性涂层的物相成分、微观结构和化学成分,通过计算热腐蚀后涂层表面的单斜(m)ZrO_2含量,分析激光改性对涂层相稳定性的影响。结果涂层表面的激光改性层呈现致密柱状晶结构并有一些贯穿的垂直裂纹。与原始涂层一样,改性层呈现亚稳态(t′)四方相。改性涂层在700℃腐蚀4h后,腐蚀产物为ZrV_2O_7、YVO_4和少量m-ZrO_2;在1000℃腐蚀4h后,腐蚀产物为m-ZrO_2和YVO_4。对未改性的YSZ涂层进行相同条件下的熔盐热腐蚀,其腐蚀产物种类与改性涂层相同,但是m-ZrO_2含量更高,表明更多的t'相受熔盐腐蚀而分解。结论激光改性可提高YSZ涂层中t'相的稳定性,使得涂层具有更好的抗熔盐腐蚀性能。然而,熔盐易沿垂直裂纹在改性层中渗入,不利于涂层的长期稳定性。     

激光重熔对TiAl合金表面等离子喷涂热障涂层耐热腐蚀性能的影响

分别采用等离子喷涂和等离子喷涂一激光重熔复合工艺在TiAl合金表面制备了热障涂层,研究了两种涂层在850℃：下75％Na2SO4＋25％NaCl（质量分数）熔融盐中的热腐蚀行为,进而分析激光重熔工艺对等离子喷涂热障涂层耐热腐蚀性能的影响。结果表明：激光重熔热障涂层可以有效地阻止熔融盐腐蚀介质进入涂层发生腐蚀,具有更优的抗热腐蚀性能和使用寿命。     

激光表面重熔对ZrO_2-8wt%Y_2O_3热障涂层组织与抗热震性能的影响

采用等离子喷涂设备在H13热作模具钢表面制备氧化钇部分稳定的氧化锆(ZrO2-8 wt%Y2O3)热障涂层,并用CO2横流激光器对热障涂层进行表面重熔处理,并采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热震试验等手段研究激光重熔前后热障涂层的微观结构及其抗热震性能的变化。结果表明,重熔前后涂层均由四方结构钇锆氧化物和立方相的氧化锆组成,重熔后涂层结晶度增加,晶粒有长大现象。激光重熔后涂层产生明显分层,表层组织孔隙和裂纹明显减少,裂纹呈网状且沿晶界分布,重熔涂层内部仍保持等离子喷涂典型结构。激光重熔后涂层孔隙率降低了67%,涂层的抗热震性能也显著提高。     

稀土复合掺杂ZrO_2陶瓷涂层抗Na_2SO_4+NaVO_3热腐蚀性能的研究进展

系统讨论了单元掺杂、二元掺杂、多元稀土掺杂对ZrO_2陶瓷涂层抗Na_2SO_4+NaVO_3热腐蚀性能的影响;总结了Na_2SO_4+NaVO_3对热障涂层陶瓷表层、热生长氧化物层、粘结层的腐蚀行为及典型的3种热腐蚀机理;指出了提高ZrO_2陶瓷涂层抗Na_2SO_4+NaVO_3热腐蚀性能的研究方向。     

冷喷涂Cu402F涂层激光重熔表面改性后摩擦学行为

目的研究激光重熔后冷喷涂Cu402F涂层在腐蚀介质中的摩擦学行为。方法采用冷喷涂技术在镍铝青铜9442合金上制备了厚度约为882.11μm的Cu402F涂层,并使用激光重熔技术对冷喷涂涂层进行表面改性。使用OM、SEM观察涂层截面与表面的微观形貌;使用XRD、X射线残余应力测试仪、多功能表面性能测试仪、多频直线往复磨蚀实验机,重点表征测试了涂层的组织、表面残余应力、摩擦学性能与磨蚀行为。结果激光重熔后的涂层分为表面重熔层、多孔的重熔过渡层以及冷喷涂遗传层。激光重熔前后,涂层的物相、残余应力均未发生较大变化。在20、50、100 N条件下,激光重熔态涂层的平均摩擦系数呈递增趋势,磨损率分别为1.01×10~(-2)、1.17×10~(-2)、1.34×10~(-2) mm~3/(N·m);由磨蚀实验可知,磨蚀是涂层表面产生钝化膜与钝化膜被破坏的此消彼长的过程,反映着摩擦与腐蚀的协同作用,涂层在磨蚀过程中,开路电位与摩擦系数呈正相关,说明激光重熔态涂层表面钝化膜产生的速度快于钝化膜被坏的速度。结论激光重熔保留了冷喷涂技术制备的Cu402F涂层的优点,同时激光重熔涂层上产生钝化膜的速度更快,有利于提高涂层的耐磨蚀性能。     

电子束物理气相沉积La_2Ce_2O_7热障涂层的高温燃气热腐蚀行为研究

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)方法在镍基高温合金表面制备了La2Ce2O7(LC)/8YSZ双陶瓷层热障涂层,研究了LC涂层在高温燃气热腐蚀条件下的高温稳定性以及涂层的抗热腐蚀性能。结果表明,LC陶瓷涂层在海水和航空煤油的热腐蚀环境下经过950℃曝露100 h后,涂层没有发生分解和相变,显示了良好的抗燃气热腐蚀性能;同时,金属粘结层表面形成了一层连续致密的氧化层。热障涂层经过循环腐蚀100 h后,仍然没有发生剥落失效。     

镀铝对7YSZ热障涂层冲刷性能的影响（英文）

采用磁控溅射在大气等离子喷涂的ZrO_2-7%Y_2O_3(7YSZ)热障涂层表面制备一层厚度约15μm铝膜,对镀有铝膜的热障涂层样品在700、900℃分别保温1h和5h进行真空热处理。采用场发射扫描电子显微镜对经真空热处理前后镀铝热障涂层的微观结构进行表征。采用X射线衍射和透射电子显微镜对经真空热处理前后镀铝热障涂层的物相变化进行分析。对等离子喷涂的7YSZ原始热障涂层和镀铝真空热处理后的热障涂层进行室温粒子冲刷性能对比。结果表明:镀铝热障涂层经真空热处理后在涂层表面出现疏松表层和致密底层,其成分主要为α-Al_2O_3,其中致密底层来源于Al膜与ZrO_2的高温原位反应且该层有较高的显微硬度。此外,冲刷实验后发现镀铝真空热处理后热障涂层的冲刷性能比无镀铝热障涂层有较大的提高。     

氧化锆热障涂层在液芯大压下轧机轧辊上的应用

利用有限元软件ABAQUS对热力耦合作用下热障涂层对液芯轧机轧辊应力场、温度场的影响进行分析;采用等离子喷涂方法在轧辊材料H13钢表面制备厚度0.5mm的氧化锆热障涂层,并对其进行激光重熔处理,研究等离子喷涂热障涂层和激光重熔涂层的硬度、抗热冲击性能。结果表明,热障涂层能有效降低轧辊表面温度和等效应力,缓解热冲击效应,延长轧辊使用寿命;相对于等离子喷涂涂层,激光重熔涂层具有更大的硬度和更好的抗热冲击性能,在提高轧辊使用寿命方面有着更好的前景。     

激光合金化掺杂TiC对等离子喷涂8YSZ热障涂层热腐蚀行为的影响*

传统的等离子喷涂热障涂层在高温环境下服役易受熔融腐蚀盐渗透而过早剥落失效，研究激光合金化掺杂自愈合材料 TiC 对热障涂层热腐蚀行为的影响具有重要意义。采用大气等离子喷涂技术（Atmospheric plasma spray，APS）在 Inconel 718 镍基高温合金表面制备 NiCrAlY 粘结层，采用大气等离子喷涂技术在 NiCrAlY 粘结层上制备 8 wt.%氧化钇部分稳定的氧化锆（8 wt.% yttria partially stabilized zirconia，8YSZ）陶瓷层，构建典型双层结构热障涂层体系。采用 1 kW 光纤耦合激光器将自愈合材料 TiC 熔于 8YSZ 热障涂表层，并考察其在 900 ℃下 25%NaCl+75%Na₂SO₄混合熔盐中保温 4 h 的热腐蚀行为。结果表明，与等离子喷涂涂层相比，激光合金化改性热障涂层表面更加光滑，分布有网状裂纹，且结构致密。等离子喷涂涂层的热腐蚀产物主要是针状颗粒 Y₂(SO₄)₃ 和 m-ZrO₂，但仅有较少的热腐蚀盐渗透至激光合金化改性热障涂层内部，其热腐蚀产物为 Y₂(SO₄)₃ 和少量的 TiO₂。激光合金化改性热障涂层的抗热腐蚀性能较等离子喷涂态热障涂层提升 55.5%，一方面激光合金化改性层组织致密，可阻止热腐蚀盐渗透至涂层内部，另一方面，激光合金化改性热障涂层表面粗糙度更低，能减少与热腐蚀盐的接触面积。此外，自愈合材料 TiC 在高温下发生氧化反应引起体积膨胀，实现裂纹的部分自愈合效应，进一步阻止了热腐蚀反应的发生。采用激光表面改性技术将自愈合材料 TiC 引入热障涂层，激光合金化改性热障涂层不仅具有光滑的表面形貌，还具有致密的微观组织结构；同时自愈合材料 TiC 在高温环境下的裂纹自愈合效应有助于抑制热腐蚀盐的渗透， 最终提高热障涂层的抗热腐蚀性能。     

纳米结构YSZ热障涂层在薄片合金基板上的制备及性能研究

通过大气等离子体喷涂在GH4049薄壁合金上制备了纳米结构的ZrO_2-8%Y_2O_3热障涂层,分析了涂层的抗热震性能和热腐蚀性能。结果表明制备态的涂层为t'相;900℃热震150次后,表面裂纹开始快速生长;热腐蚀150 h后,表面出现束状的YVO_4产物。     

激光重熔对等离子喷涂热障涂层冲蚀行为影响

研究了等离子喷涂和激光重熔ZrO<,2>-7%Y<,2>O<,3>热障涂层的微观结构,同时考察了两种涂层的抗冲蚀性能,并探讨了其冲蚀破坏机理.试验发现,等离子喷涂热障陶瓷涂层呈典型的层状堆积特征;经过激光重熔处理后,涂层表面形成了沿热流方向生长的柱状品重熔区;相对于等离子喷涂试样,激光重熔涂层有较好的抗冲蚀性能;不管等...     

TiAl合金表面EB-PVD制备热障涂层及高温抗氧化性能

利用EB-PVD技术在Ti Al合金表面制备了扩散铝/YSZ热障涂层。采用SEM、EDS和XRD分析了涂层原始及高温氧化后的微观组织及相组成,并测试了高温氧化性能。结果表明:涂层表面YSZ层为致密柱状晶结构,由非平衡四方相t′-ZrO_2组成。Ti Al合金沉积了扩散铝/YSZ热障涂层后高温氧化性能显著提高,氧化动力学曲线呈对数变化规律,900℃高温氧化时,氧化速率为2.2×10~(-5) mg/cm~2·h。1000℃高温氧化时,氧化速率为1.14×10~(-3) mg/cm~2·h。在高温氧化过程中,粘结层与基体之间发生元素扩散,膜基界面消失。在面层与中间粘结层之间形成了均匀连续的热生长氧化物层TGO。     

DS GTD111合金及YSZ/CoCrAlY型热障涂层在950℃的热腐蚀行为

采用EB-PVD技术在DS GTD111合金表面沉积制备YSZ/CoCrAlY热障涂层,研究了DSGTD111合金及热障涂层在950℃的热腐蚀行为,进行了腐蚀动力学及腐蚀产物分析。结果表明:950℃涂盐条件下热腐蚀100 h,热障涂层试样粘结层表面氧化物或腐蚀产物层的厚度与试验合金相比有很大程度的减小,施加热障涂层在很大程度上改善了合金抗950℃熔盐热腐蚀能力,热障涂层失效开裂部位为TGO与粘结层界面。950℃涂盐条件下热腐蚀100 h,YSZ/CoCrAlY型热障涂层的热腐蚀行为受合金基体影响作用不显著。     

船舶海水管系TC4钛合金的表面涂层与耐蚀性能

采用磁控溅射和微弧氧化的方法在海水管系TC4钛合金表面制备了TiO_2、ZrO_2/TiO_2和Zn-ZrO_2/TiO_2涂层,观察了表面涂层的显微形貌和物相组成,对比分析了TC4合金基材和涂层的电化学腐蚀性能。结果表明,TiO_2、ZrO_2/TiO_2和Zn-ZrO_2/TiO_2涂层表面都可见火山喷涂状熔融堆积物,表面可见尺寸不等、形状不规则的显微孔洞,TiO_2涂层表面微孔平均直径约为4. 6μm,而ZrO_2/TiO_2和Zn-ZrO_2/TiO_2涂层表面的微孔平均直径都约为2. 2μm; TiO_2涂层中含有金红石型TiO_2相,而ZrO_2/TiO_2和Zn-ZrO_2/TiO_2涂层中还存在t-ZrO_2相和少量c-ZrO_2相;基材和微弧氧化涂层的腐蚀电位从高至低的顺序为ZrO_2/TiO_2 Zn-ZrO_2/TiO_2 TiO_2TC4,ZrO_2/TiO_2涂层具有最佳的耐腐蚀性能,而掺杂Zn的Zn-ZrO_2/TiO_2涂层中的ZnO在电化学腐蚀过程中容易溶解而释放较多的Zn~(2+)而使得腐蚀倾向较ZrO_2/TiO_2涂层更大。     

TiAl合金表面激光重熔MCrAlY涂层热腐蚀性能

采用等离子喷涂技术在TiAl合金表面制备了MCrAlY涂层,并用激光重熔工艺对涂层进行处理,研究了TiAl合金、等离子喷涂MCrAlY涂层及激光重熔MCrAlY涂层850℃下75%Na₂SO₄+25%NaCl(质量分数)混合盐浸泡热腐蚀性能,分析了不同试样的热腐蚀破坏机理,并讨论了激光重熔处理对涂层热腐蚀性能的影响.结果表明,等离子喷涂MCrAlY涂层能显著提高TiAl合金的耐热腐蚀性能,经过激光重熔后可进一步提高其耐热腐蚀性能.MCrAlY涂层在高温熔盐中的热腐蚀发生的是表面氧化反应和内部硫化反应,主要生成Al₂O₃,Cr₂O₃,NiO,NiCr₂O₄,Ni₃S₂及CrS等腐蚀产物.     

NaCl盐对Ti_2AlNb合金表面渗镀Al层热腐蚀行为影响

为提高Ti_2AlNb合金的实际使用温度,采用加弧辉光等离子渗镀技术在合金表面制备渗镀Al层,研究渗镀Al层在750℃下涂盐Na_2SO_4和Na_2SO_4+25%NaCl的热腐蚀行为。同时利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)对腐蚀产物的形貌进行观察,并结合X射线衍射对相组成进行分析。结果表明:渗镀Al层组织均匀致密,与基体结合良好。涂层可分为明显的3个区域:最外层Al_2O_3薄膜、次表层纯Al沉积层和内层Al-Ti-Nb扩散层。扩散层主要包括Al_3Ti﹑Al_3Nb和AlNb_2等相。渗镀Al层试样在750℃的Na_2SO_4盐热腐蚀100 h后,仅增重约2 mg/cm~2,表现出良好的抗热腐蚀性能;而在Na_2SO_4+25%NaCl混合盐中,试样则先增重后逐渐减重,整个涂层出现明显开裂和剥落,其原因是Cl–的渗入使表面形成的Al_2O_3膜被破坏,进而加速消耗涂层中的Al。     

定向镍基高温合金DZ466及其热障涂层的抗热腐蚀性能

采用EB-PVD技术在DZ466合金表面沉积热障涂层。950℃涂盐条件下热腐蚀100 h试验结果表明,DZ466合金表面形成疏松多孔的五层结构的腐蚀产物。相同热腐蚀条件下,由于Cr2O3与Al2O3的复合作用可阻止粘结层进一步的腐蚀和加速氧化,热障涂层中粘结层表面氧化物或腐蚀产物层的厚度比DZ466合金有很大程度的减小,表明(6~8)wt%Y2O3/Co Cr Al Y型双层结构的热障涂层可在很大程度上改善了DZ466合金的抗熔盐热腐蚀性能。     

强流脉冲电子束作用下等离子喷涂CoCrAlY涂层热腐蚀性能

利用强流脉冲电子束技术(HCPEB)对大气等离子喷涂(APS)CoCrAlY涂层表面进行辐照处理,对HCPEB诱发的微观结构进行详细表征,并考察HCPEB处理前后样品表面在1050℃混合盐Na_2SO_4/NaCl(质量比3:1)条件下的抗热腐蚀性能。结果表明:HCPEB辐照后原始涂层表面热喷涂结构缺陷消失,表面发生重熔,形成连续的鼓包状结构,且随着辐照次数的增加,重熔层厚度和鼓包状结构的尺寸逐渐增加。30次辐照处理后涂层表面形成大量的Y富集Al_2O_3颗粒和超细晶结构。热腐蚀试验结果表明,原始涂层抗热腐蚀性能较差,热腐蚀20 h后腐蚀产物发生散裂,腐蚀层深度可到20μm,且涂层内部存在严重的内氧化和硫化。相比之下,经辐照处理涂层的腐蚀层深度仅有几个微米,且相对较为连续致密。HCPEB辐照带来的辐照效应促进热腐蚀过程中涂层表面保护性氧化膜的快速形成,有效阻挡熔盐的侵蚀,显著提高CoCrAlY涂层的抗热腐蚀性能。     

HCPEB轰击对热障涂层结构及抗CMAS腐蚀性能的影响

利用强流脉冲电子束(HCPEB)对大气等离子喷涂(APS)制备的热障涂层进行表面改性,分别对原始涂层和电子束改性涂层进行1250℃的钙镁铝硅酸盐(CMAS)腐蚀试验,采用XRD、SEM和EDS表征腐蚀前后原始涂层和电子束改性涂层的物相组成、微观结构和化学成分变化,对比分析原始涂层和改性涂层的CMAS腐蚀行为及影响规律。结果表明,改性涂层表面粗糙度降低了60.9%,且生成了具有柱状晶的致密重熔层,涂层表面具有更好的结构稳定性及相稳定性,改性涂层经CMAS腐蚀8 h后结构依然完整且表面无m-ZrO₂相生成,涂层并未发生脱落失效,具有较好的抗CMAS腐蚀能力。     

40Cr激光熔敷Ni基非晶涂层组织及耐蚀性能研究

依照非晶形成能力的三判据原则及非晶成分团粗线定律法则,选取在常规非晶合金制备过程中呈现较强非晶形成能力的Ni_(42)Zr_(30)Ta_(28)合金粉末,研究其在不同激光功率条件下在40Cr钢表面得到的熔敷涂层的微观组织及力学腐蚀性能。结果表明:激光熔敷涂层由熔敷层、结合区、热影响区组成,物相成分分析为非晶相及ZrO_2、Ta_2O_5金属氧化物、金属间化合物NiZr等。当激光功率为3300 W时,耐腐蚀性能达到最佳,致钝电流和维钝电流也达到最小,分别为0.032439 mA/mm~2和0.002573 mA/mm~2,此功率下熔敷涂层表面硬度最高值达到800 HV。