ZrO2／Ni阶梯热障涂层的热冲击行为

研究了ＺｒＯ２／Ｎｉ阶梯热障涂层在火焰喷烧和水淬炳途中热冲击条件下的失效行为,建立了梯度热障涂层在火焰喷烧和水淬热冲击条件下一维温度场应力场的解析模型,实验结果表明,涂层的抗热冲击能力在火焰喷烧条件下随层次折增加而增强,在水淬热冲击条件下却随层次的增加而降低,证实涂层的抗热冲击能力与热冲击条件有关,并取地表面换热系数的大小与方向,故评价涂层的抗热冲击能力时须合理选择热冲击条件,按梯度设计,能大大提     

超音速火焰喷涂CoCrW涂层热震过程中的裂纹扩展行为

为研究CoCrW涂层的抗冷热冲击性能,采用JP5000型超音速火焰喷涂设备在高温合金表面制备了该涂层,分析了裂纹在热震过程中的扩展行为。结果表明,在800 ℃保温,25 ℃水淬的热循环条件下,经过40次热震后,涂层表面均匀地分布着网状裂纹,截面上存在垂直裂纹,但未出现涂层脱落现象;在裂纹与基体、涂层界面交汇处生成了弥散分布的以Al2O3为主要成分的氧化物。分析认为,热应力和组织应力是裂纹产生和扩展的主要驱动力,但裂纹吸收了热震过程中产生的能量,避免了应力集中,有利于提高涂层的抗热震性能。界面处弥散分布的氧化物降低了涂层与基体的结合强度,热震试验最终的失效形式可能是界面处涂层的剥离。     

丙烷流量对火焰喷涂TiB_2-50Co涂层抗热震性能的影响

将在不同丙烷流量条件下采用超音速火焰喷涂技术制备的3种TiB2-50Co进行热震试验,研究3种涂层在600℃不同热震循环次数和800℃条件下的抗热震性能,通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪对3种涂层在不同条件下热震后的表面和截面形貌及物相结构进行分析,通过水淬法测试涂层的抗热震性能。结果表明,在600℃条件下,随着热震次数的增加,涂层中的表面和截面裂纹扩展随之更长而深,并在热震循环次数为150次时涂层中出现了网状或交叉裂纹;在800℃条件下,涂层热震失效循环次数明显减少,涂层中裂纹扩展更为严重,其中No.3涂层(丙烷流量为36L/min)抗热震性能最差。通过对3种涂层在不同热震条件后的XRD分析可知,涂层的主要物相为TiB2和Co两相,并发现涂层中存在一定的TiO2氧化相。     

超音速等离子喷涂氧化锆热障涂层抗热冲击性能研究及评价

采用超音速等离子喷涂技术制备了氧化锆陶瓷涂层,进行了不同冷却介质(空冷/水冷)的循环热冲击试验,以试验循环次数来评价涂层抗热冲击性能,并利用SEM观察涂层表面及断口形貌,分析材料的抗热冲击机制。结果表明,空冷和水冷形式下的热冲击造成涂层断裂模式为脆性穿晶断裂,且断口形貌均呈"河流状"。造成涂层失效的原因是大温度梯度和涂层-基材热物性差异产生的应力,而应力导致了微裂纹产生最终失效。由于涂层材料与制备工艺的原因,涂层中存在的硬质颗粒使热冲击产生的微裂纹扩展路径发生偏转,提高了涂层断裂能,使得涂层抗热冲击性能提高。试验结果表明,氧化锆单层涂层空冷条件下的抗热冲击性能优于水冷条件,但整体抗热冲击性能偏低,有待进一步改善。     

丙烷流量对超音速火焰喷涂TiB_2-25Ni涂层抗热震性能的影响

采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在3种丙烷流量(30,36和42 L/min)下将机械球磨后的TiB_2-25Ni颗粒沉积在Q235钢表面上获得不同涂层,将涂层在600℃(50次、100次、150次)和800℃工况下进行热震试验,研究涂层的抗热震性能。采用扫描电镜(SEM)表征热震后涂层的表面和截面形貌以分析热震后的裂纹产生和扩展情况,通过X射线衍射技术(XRD)分析热震后涂层的物相演变规律。研究结果发现,3种涂层在600℃热震条件下随着热震循环次数的增加,涂层中裂纹扩展的愈加严重,且在热震150次后出现了纵向和横向裂纹,并且以丙烷流量为36 L/min时涂层失效最快。通过在800℃涂层热震后发现,涂层失效更快,涂层热震循环次数明显降低,并且在涂层表面出现了明显的网状式裂纹,在涂层截面中裂纹扩展的更为强烈,并延伸至涂层和基体的界面处,从而导致腐蚀介质(水或空气)进入至裂纹中使基体腐蚀,在交界处产生了明显的腐蚀产物。通过对涂层在不同热震条件后的XRD分析发现,3种涂层的主要物相仍然是TiB_2和Ni,热震后涂层表面氧化物增多。     

超音速火焰喷涂TiB_2-40Co金属陶瓷涂层抗热震性能

通过超音速火焰喷涂技术在不同氧气流量条件下将3种Ti B2-40Co金属陶瓷涂层喷涂在Q235钢基体表面,研究3种涂层在600℃不同热震循环次数和800℃条件下的抗热震性能。通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪对3种涂层在不同条件下热震后的表面和截面形貌及物相结构进行分析。研究结果表明,在600℃热震条件下,随着氧气流量的增加,涂层的抗热震性能降低,并在热震次数为150次,氧气流量为482 L/min时,涂层中裂纹较多且失效最快。在800℃热震条件下,3种涂层的抗热震次数明显减少,其中以氧气流量为482 L/min时涂层表面和截面产生的裂纹最多。通过对3种涂层在不同热震条件后的XRD分析发现,涂层的主要物相为Ti B2和Co两相,并发现涂层中存在一定的Ti O2氧化相。     

表面陶瓷层厚度对Sm2Zr2O7/8YSZ热障涂层热冲击性能的影响

稀土锆酸盐与8YSZ所组成的双陶瓷层涂层是目前热障涂层领域研究的热点,而陶瓷层厚度对其热冲击性能有着显著影响。采用有限元软件ANSYS研究了表层厚度对Sm2Zr2O7/8YSZ热障涂层淬冲击热应力的影响,并与单一Sm2Zr2O7涂层进行了比较。结果表明,在Sm2Zr2O7/8YSZ涂层的表面处具有最大的径向热冲击应力,最大轴向应力则存在于陶瓷层/金属粘结层界面处,涂层各处剪应力基本相当。涂层表面及两陶瓷层界面处的径向热应力随表层厚度的增加而减小,陶瓷层/粘结层界面处径向应力则随表层厚度增加而增大。每个界面处的轴向应力随表层厚度增加而降低,而剪应力绝对值则随表层厚度增加而增大。与单一Sm2Zr2O7涂层相比,Sm2Zr2O7/8YSZ涂层的热应力明显偏小,说明增加涂层的层数有利益改善涂层的抗热冲击性能。     

高能等离子喷涂Sm2Zr2O7热障涂层及其热冲击性能

采用高能等离子喷涂技术制备了Sm2Zr2O7热障涂层,用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段研究了涂层的相成分、微观组织;采用拉伸法和水淬法测试了涂层的结合强度及热冲击性能.结果表明,喷涂前后Sm2Zr2O7相成分未发生变化,表现出良好的相稳定性能.所制备的Sm2Zr2O7涂层结构致密,涂层各界面结合紧密.涂层的孔隙率仅为4.72%,结合强度为29MPa.涂层在经历20次热冲击后从表面层/金属粘结层界面处脱落,熔融颗粒内部纵向显微裂纹及熔融颗粒之间彼此分离所形成的横向裂纹的共同作用导致了涂层的失效.     

不同状态CuZnA(lRE)形状记忆合金热疲劳性能

为了研究不同状态的CuZnA(lRE)形状记忆合金在冷热循环过程中的热疲劳性能及记忆效应的变化,将铸态、水淬+时效和油淬+时效的三种CuZnA(lRE)形状记忆合金在电阻炉加热自约束热疲劳试验机上进行试验,并结合金相、X射线衍射和电子显微镜分析,研究不同循环次数下合金的裂纹和显微组织变化。结果表明:随着循环次数的增加,三种状态的CuZnA(lRE)形状记忆合金裂纹的长大速率随着循环次数的增加先增大后减小,铸态合金裂纹增长速率最快,裂纹最长,热疲劳抗力最低;水淬+时效的试样裂纹和热疲劳性能居中;油淬+时效的CuZnA(lRE)形状记忆合金,裂纹最短,热疲劳性能最高;随着循环次数的增加,马氏体内的位错密度增加,有序度下降,记忆效应衰减。     

再制造件涂覆层内部裂纹扩展行为研究

目的研究再制造件涂层内部不同形状、尺寸的裂纹扩展行为。方法利用扩展有限元和内聚力单元结合的方法,通过设定断裂能G值作为控制裂纹扩展的参数,对三点弯曲试验以及拉伸试验下涂覆层内部的裂纹进行模拟,并通过实验进行验证。结果随着载荷的增加,涂层中的垂直裂纹和45°倾斜裂纹均沿着涂层厚度方向扩展,到达界面时裂纹发生偏转,沿着界面继续扩展而并没有越过涂层-基体界面向基体扩展。模拟得到三点弯曲试验下初始长度为0.2 mm的垂直裂纹和45°倾斜裂纹开裂的临界载荷分别为3.47 k N和4.49 k N,裂纹长度增加至0.3 mm时,临界载荷降低为3.29 k N和4.31 k N。裂纹越靠近试件中心,临界载荷越小,越易发生裂纹扩展现象。另一方面,在拉伸试验下,0.2 mm的垂直裂纹的临界开裂载荷(3.47 k N)小于投影长度相同的倾斜裂纹的临界载荷(5.21 k N),而与拉应力平行的裂纹并未扩展。实验得到0.2 mm的垂直裂纹在弯曲试验下的平均临界载荷为3.49 k N,而倾斜裂纹为4.46 k N。结论三点弯曲试验下,垂直裂纹比倾斜裂纹更危险,初始长度越长、越靠近试件中心的裂纹越易发生裂纹扩展现象。在拉伸试验下,与拉应力平行的裂纹并未扩展,最安全。模拟结果与实验相近,验证了模拟的正确性。     

Thermal-mechanical response of microscale functional film for infrared window

Infrared window in hypersonic missile usually suffers complex aerodynamic force/heat during high-speed flight. A finite element method was adopted to simulate the thermal and stress response of microscale functional film for infrared window under different aerodynamic heats/forces conditions. Temperature and stress distribution were obtained with different heat fluxes. There is almost constant stress distribution along the film thickness except a sudden decrease near the substrate. The maximum stresses are located at the points which are 0.5 mm away from the edges. Different film materials result in different stress values. The temperature and stress in ZrN are larger than those in Y₂O₃. Besides the numerical simulation, an oxygen propane flame jet impingement test was performed to investigate thermal shock failure of the infrared window. Some place of the window surface has spots damage and some place has line crack damage after thermal shock.     

Microstructural features and properties of plasma sprayed YPSZ/NiCrAlY thermal barrier coating (TBC)

0　IntroductionThermalbarriercoatings(TBCs)arewidelyusedontheturbinebladesforaircraftpropulsionorpowergenerationtoreducethemetallicsubstratetemperature,whichleadstoincreasingengineefficiencyandloweringpollutantemissionsresultingfromallowableincreaseofoperationtemperature[1,2].Today,TBCsareattractingmoreattentionandhavewiderpotentialapplicationstoprotecthightemperaturecomponents.However,thermalbarriercoatingshaveatendencytocrackandspallinserviceduetothermalshockandthermalcyclingbetweenambient…     

Thermal Shock Property of Al/Ni-ZrO2 Gradient Thermal Barrier Coatings

Al/Ni-ZrO2 gradient thermal barrier coatings are made on aluminum substrate using plasma spraying method and one direction thermal shock properties of the coatings are studied in this paper. The results show that pores in coatings link to form cracks vertical to coating surface. They go through the whole ZrO2 coating once vertical cracks form. When thermal shock cycles increase, horizontal cracks that result in coatings failure forms in the coatings and interface. And vertical cracks delay appearance of horizontal cracks and enhance thermal shock property of coatings. Failure mechanisms of coating thermal shock are discussed using experiments and finite element method.     

Thermal Shock Property of Al/Ni-ZrO_2 Gradient Thennal Barrier Coatings

THERMAL BARRIER COATINGS can holdbackintrusion of high temperature,high heat to increaseapplied temperature and life of substrate metal parts,and have been applied on heat position of rocket,satellite,aero engine and gas engine"31.But thermalstresses are produced during thermal shock due tomismatch of thermal properties between ceramiccoatings and substrate metal,therefore thermal shockproperties of coatings are very poor.Gradient thermalbarrier coatings make materials gradually chang…     

热障涂层脱粘裂纹缺陷的高温表征方法与演变规律EI北大核心CSCD

热障涂层在服役过程中相邻区域脱粘裂纹的扩展合并是造成陶瓷层最终剥落的重要原因,然而缺乏简单有效的无损测试方法。提出利用空腔高热阻在陶瓷层表面局部热积累,形成表面亮斑的特点,通过亮斑反向跟踪脱粘缺陷的新方法。结果表明,在界面处制备水溶性盐斑,继续喷涂陶瓷层后用水浴溶解的方式可在YSZ与金属粘结层界面有效预制特定外形与尺寸的人造脱粘裂纹缺陷;预制脱粘裂纹与表面高温亮斑尺寸呈正相关,且近似呈现为比例系数为1.031的线性关系,当预制裂纹直径大于0.4 mm时,可在涂层表面观测到亮斑,当预制裂纹直径大于0.7 mm时,用亮斑尺寸预测裂纹尺寸的相对误差低于15%;在梯度热冲击循环下,热障涂层随热冲击次数的增加,表面首先出现亮斑,随后亮斑长大、合并,在2500次左右热循环时合并速度加快,最终陶瓷层在亮斑处局部剥落。基于脱粘裂纹对于纵向热流的阻碍作用,提出一种人造脱粘裂纹缺陷的预制方法,并确立一种通过测量表面亮斑尺寸估计内部裂纹尺寸的热障涂层无损测量方法。解决了热障涂层高温缺陷难以实时观测的问题,并进一步研究了其高温演变规律,可为热障涂层的寿命预测提供数据支持。     

La2Ce2O7/YSZ热障涂层抗热震性能的陶瓷层厚度影响研究

采用实验和数值方法研究了陶瓷层厚度比对La2Ce2O7/YSZ(LC/YSZ)热障涂层热震性能的影响。实验结果表明,随着LC与YSZ厚度比的降低,涂层热震寿命显著提高,涂层失效区域逐渐向试样中心转移,剥离位置逐渐从两陶瓷层界面附近转移到LC内靠近上表面处。数值结果表明,界面边缘处较大的轴向应力与剪切应力易导致较大厚度比涂层边缘处剥落;LC表面中心区域较大的径向拉应力会导致垂直裂纹萌生,并伴随界面偏折,这是较小厚度比涂层自LC内部剥离的原因。     

MoSi2/Mo涂层热震过程中界面应力分布和裂纹扩展的有限元模拟

在氢气保护下将MoSi₂/Mo涂层加热至1000 ℃,再迅速冷却至室温进行热震循环,表征了材料在热震循环过程中裂纹的演变过程并评估了MoSi₂/Mo涂层的热冲击行为。采用Abaqus软件计算了MoSi₂/Mo涂层在热冲击过程中的应力分布,讨论了热震循环中裂纹的发展过程。结果表明：Mo基体与MoSi₂涂层之间存在较高的热冲击应力,这将导致裂纹的萌生和扩展。计算结果显示：在最初的10次热震循环中,涂层产生了垂直于界面的裂纹,在界面上没有出现裂纹,涂层与基体仍结合良好;在随后的热震循环中开始出现界面裂纹,界面裂纹开始于垂直裂纹的末端区域,当垂直裂纹与界面裂纹汇聚,会导致涂层剥离和涂层失效。     

DD6单晶高温合金低周疲劳断裂特征的研究

对DD6单晶高温合金在高温低周(980℃、760℃)及疲劳/蠕变交互作用的断裂特征进行了研究。结果表明:DD6单晶高温合金高温低周疲劳断口往往呈多源开裂特征,裂纹萌生于试样的表面或亚表面,疲劳裂纹在刚萌生时沿着一定的小平面进行扩展,扩展区主要由垂直于裂纹扩展方向的疲劳条带和河流花样组成,瞬断区为类解理台阶形貌,裂纹扩展初期断口基本与主应力方向垂直,随着疲劳裂纹的扩展,断口呈现与主应力约成45°的平面特征;低周疲劳/蠕变交互作用的断裂特征与相同应变条件下低周疲劳断口总体形貌相似,但也一些不同之处,如断口整体氧化严重、疲劳扩展区面积明显减小。     

Preliminary Examination of the Quenching of Titanium Alloys

From the limited experimental data in the literature, preliminary values were derived for the thermal diffusivity of titanium alloys and for the quenching severity of various mediums used in heat treating them. The thermal diffusivity, under quenching conditions, was found to be approximately 0.006 sq in. per sec. The quenching severity H for brine is approximately 8, for water 4, for oil 0.9, for air 0.08, and for argon 0.02 in.^?1 The quenching severity of the Jominy-Boegehold end quench water jet against titanium alloys appeared effectively infinite. Using these results, graphs were prepared showing ideal round sizes and Jominy positions having cooled conditions equivalent to those at the center and surface of titanium alloy rounds, plates, and sheets quenched in various media.