热障涂层研究状况及进展

介绍了热障涂层的发展，粘结底层和陶瓷层材料的选择机理及制备工艺，电子束物理气相沉积（EB-PVD）技术代表了未来热障涂层的发展趋势。阐述热障涂层的3种结构形式，提出热障涂层体系存在的一些问题和优化设计方案。     

ZrO2热障涂层研究进展

简述了热障涂层的发展;介绍了ZrO2陶瓷作为热障涂层材料的热力学性能和机械性能,以及ZrO2热障涂层的失效机理和改进措施;论述了梯度热障涂层的优点和有待解决的问题.     

铝基体上 ZrO2/NiCrCoAlY梯度涂层的研究

针对低散热发动机主要部件铝活塞顶部制备热障涂层的需要，用等离子喷涂法在铝基体上制备出梯度涂层，对其性能与显微组织结构进行了研究。     

铝活塞上梯度TBCs的发展研究

梯度热障涂层是一种新型耐热材料，可充分缓和热应力。简述了梯度热障涂层的国内外研究进展、设计及主要制备方法。     

热障涂层失效机制和寿命预测研究概述

对热障涂层失效机制和寿命预测研究进行了概述,描述了导致热障涂层在服役过程中失效的几种主妻因素,并介绍了几种热障涂层寿命预测模型。     

含MoSi2热障梯度涂层的抗热震性能研究

对添加MoSi2和未加MoSi2的ZrO2-A1／Ni梯度热障涂层的抗热震性能的比较，并结合微观组织和能谱对此进行了分析。结果表明，，MoSi2在热震过程中发生了反应，添加MoSi2可提高涂层的抗热震性能。     

含抗氧化夹层热障涂层界面应力特性的研究

通过喷涂等工艺技术,在热障涂层粘结层和陶瓷层之间预制Al2O3夹层,能有效抑制热障涂层高温不规则氧化生长及其所导致的失效.但是,预制的Al2O3夹层又会导致热障涂层界面应力场重新分布.文中针对热障涂层界面三维形貌特征,利用弹性理论中的空心球模型,考虑陶瓷层(ZrO2层)、夹层(Al2O3层)、氧化层(thermally grown oxide, TGO)及粘结层(bondcoat, BC),建立三维四层球模型的理论分析,并推演出相应的应力解析式.文中通过凹凸两种界面形貌下抗氧化夹层的算例分析,表明以上分析方法能有效模拟夹层对热障涂层界面应力分布规律的影响.     

热障涂层层状裂纹的位置对断裂性能的影响

广泛应用于热能动力的热障涂层在高温工作环境下,由于温度梯度产生的热应力不匹配会导致热障涂层层裂或剥落失效。本文针对热障涂层层裂问题,考虑热应力不匹配因素,建立热障涂层层裂I/II复合型断裂准则,并针对分层裂纹在陶瓷层与粘结层界面上和附近的3种位置存在形式,进行了热障涂层结构单裂纹层裂的算例分析。结果表明界面处层裂纹对应变能释放率影响最大。     

热障涂层的研究现状与进展

热障涂层一般由金属黏结层和具有低热导率的陶瓷顶层组成,应用于涡轮发动机的热端部件可显著提高使用温度,延长使用寿命,提高发动机的效率.综述了热障涂层的涂层设计方法,分别比较了等离子喷涂、激光重熔、电子束物理气相沉积、自蔓延高温合成等方法制备热障涂层的特点,分析了涂层3种失效形式和机理,指出了热障涂层新的发展研究趋势.     

微波检测热障涂层孔隙率的可行性研究

由于热障涂层具有隔热性好、抗氧化、耐腐蚀等优点,已被广泛应用于先进发动机热端部件上,孔隙率是影响热障涂层热障效果的主要因素之一。对热障涂层孔隙率的微波无损检测进行了仿真研究,并进行了实验验证。仿真中检测结果表明,当涂层厚度为工作波长的1/4时,微波检测孔隙率具有较高的检测灵敏度。在18~26.5 GHz工作频率内能对厚度为600~900μm的热障涂层孔隙率进行检测;在26.5~40 GHz工作频率内能对厚度为350~550μm的热障涂层孔隙率进行检测;在40~50 GHz工作频率范围内能对300~350μm的热障涂层孔隙率进行检测,因此可以根据实际需要选择不同的工作频率段对热障涂层的孔隙率进行微波无损检测。在26.5~40 GHz工作频率内对厚度为400μm的热障涂层孔隙率进行实验检测,实验结果和理论结果基本吻合。     

同轴探头微波检测热障涂层的参数敏感性研究

为实现低频率段对热障涂层(Thermal barrier coating,TBC)的微波无损检测,利用同轴探头在0~17 GHz工作频率范围内对热障涂层的厚度、孔隙率和金属基体表面的裂缝进行微波无损检测理论仿真,对检测中的参数敏感性进行研究,从而提高检测的灵敏度,防止漏检现象的产生。采用CST微波工作室对检测中同轴探头的尺寸和热障涂层的厚度等参数的检测敏感性进行理论计算。热障涂层厚度检测结果显示,同轴探头越小时检测灵敏度越高,并且对应的相位差零点处的工作频率越高;热障涂层孔隙率检测结果表明热障涂层的厚度越大时检测灵敏度越高;金属基体表面裂缝的检测结果表明扫描步长小于外导体内半径时可以防止漏检。由研究结果可知,利用合适尺寸的同轴探头可以实现在低频率段对热障涂层的微波无损检测。     

热障梯度涂层的制备工艺与性能研究

从涂层梯度成分设计、制备工艺及性能测试方面介绍氧乙炔火焰法制备Ａｌ２Ｏ３／Ｆｅ热障陶瓷梯度涂层。研究了梯度涂层的弯曲强度、结合强度、热冲击性、显微硬度分布和热障性能等。     

热障涂层抗氧化夹层界面残余应力分析

通过喷涂等工艺预制的Al2O3夹层能有效抑制热障涂层高温不规则氧化生长及其所导致的失效.但是,预制的Al2O3夹层又会导致其界面应力重新分布.针对热障涂层界面三维形貌特征,考虑陶瓷层(ZrO2层)、夹层(Al2O3层)、氧化层及粘结层,建立了三维四层球模型,并推导出相应的应力解析式.凹凸两种界面形貌下抗氧化夹层的算例分析表明,抗氧化夹层厚度对热障涂层界面残余应力分布规律有很大的影响.     

热障涂层制备技术研究进展

随着燃气涡轮发动机进口工作温度的提高,热障涂层技术受到了广泛的关注.综述了热障涂层研究及应用中的几种主要制备技术,包括等离子喷涂、电子束物理气相沉积、离子束辅助沉积、化学气相沉积等.介绍了上述几种制备技术的沉积原理,分析了各自的特点,并从涂层显微结构、涂层寿命、应用范围等方面进行了对比,认为离子束辅助沉积和化学气相沉积技术在未来高性能新型热障涂层制备中具有较大的发展潜力.     

基于声发射技术的热障涂层拉伸失效模式研究

热障涂层是一种典型的脆性、非均质、多层结构的材料。服役过程中受热-力载荷的作用,将会导致涂层过早的剥落失效,其主要的失效形式为陶瓷层开裂和界面剥落失效。热障涂层的失效主要是微裂纹萌生、扩展及连通导致。利用声发射技术结合微观形貌观察,研究了拉伸载荷下热障涂层的失效过程,并识别热障涂层裂纹损伤模式。根据不同载荷下的微观形貌观察,研究拉伸载荷下热障涂层的失效过程;利用声发射特征参数分析法(如声发射事件数、幅值),将热障涂层的失效过程分为几个不同阶段,并结合形貌观察,建立声发射特征参数与裂纹损伤失效信息之间的联系;利用快速傅里叶变换(Fast Fourier transform,FFT)识别热障涂层的损伤模式。结果表明:热障涂层拉伸失效过程为裂纹首先在陶瓷层表面萌生,随后向陶瓷层/粘结层的界面处扩展,到达界面后,裂纹将沿着界面生长与扩展,最终导致热障涂层分层剥落;将热障涂层的失效过程分为四个阶段;频谱分析结果表明基体频率成分大约在0.020MHz,表面裂纹的频率成分在0.20～0.25MHz,界面裂纹的频率成分在0.15～0.20MHz。     

等离子喷涂8YSZ热障涂层隔热效果及内应力演变有限元模拟

采用等离子喷涂法制备质量分数8%氧化钇稳定氧化锆(8YSZ)热障涂层，并进行隔热和热震循环试验；构建简易有限元模型对热障涂层的隔热性能和热震循环中的内应力演变进行模拟，并对破坏机理进行分析。结果表明：模拟得到热障涂层的隔热温度在167.60～262.22℃,隔热效果良好，与试验结果的相对误差在10%以内；热障涂层的隔热效果随厚度增加而增强；热震循环产生的应力在涂层的界面边缘处集中，与试验得到的在涂层边缘处出现裂纹和脱落并逐渐延伸至中心的失效方式相吻合；随涂层厚度增加，热震循环升温和降温后的应力增大。     

活塞顶面热障涂层对活塞热负荷的影响

活塞顶面热障涂层可以有效降低活塞工作热负荷、提高活塞使用寿命。以一款非道路高压共轨柴油机铝合金活塞为研究对象,采用硬度塞测温法试验测试了无热障涂层活塞在最大转矩工况下表面19个特征点的温度值,同时采用等参法建立了活塞有限元仿真分析模型,对比分析了活塞顶面热障涂层对活塞温度场和热应力场的影响。研究结果表明：活塞顶面热障涂层能有效降低活塞头部和环槽区域的工作温度,活塞头部顶面区域温度下降幅度为20~32 ℃,一环和二环的环槽区域温度下降幅度为15~18 ℃;但活塞顶面采用热障涂层后,活塞基体顶面黏结层区域的热应力会急剧升高,活塞基体顶面、喉口区域以及边缘棱角处热应力集中现象明显,在活塞顶面喉口黏结层区域最大热应力达到291MPa,易导致热障涂层的剥落失效。     

热障涂层在机械载荷与激光联合作用下的变形与破坏研究

在以激光器为热源和机械加载的工作环境中对热力联合作用下含有梯度层的热障涂层的变形和破坏行为进行研究。通过实验，分析讨论热障涂层破坏形式以及涂层厚度和梯度层的影响。在有限元分析中，考虑材料的塑性变形以及物理性质随温度变化的情况，模拟实验过程中应力和应变的时空分布，模拟结果与实验观察现象和结果吻合良好。     

反射系数法微波检测热障涂层厚度的实验研究

为了保证热障涂层的隔热效果,对热障涂层的厚度进行了微波无损检测.检测中探头选用R281A带法兰矩形波导探头,工作频率范围为26.5 ～ 40 GHz.仿真计算利用CST微波工作室(computer simulation technology-microwave studio)软件进行.实验结果表明,在26.5～40 GHz工作频率范围内,反射系数的相位差能良好地表征热障涂层的厚度.并且在高频率段时可以达到相位差变化l°,热障涂层的厚度变化约8μm的分辨率.在28.5～29.1 GHz工作频率范围内,反射系数的幅值也能表征热障涂层的厚度.实验结果与仿真结果基本吻合.     

功能梯度热障涂层热震表面裂纹

作为发动机热端部件上使用的功能梯度热障涂层，其热震性能的好坏直接关系到涂层的使用寿命，涂层内部的裂纹在热震环境下的变化是影响其热震性能乃至使用寿命的直接因素。采用YSZ与NiCrCoAlY等离子喷涂制备了功能梯度热障涂层试样，采用扫描电子显微镜对不同次数热震后的涂层表面不同位置进行了观察比较。结果表明，随试样位置及热震次数的不同，表面裂纹存在显著不同；除主裂纹外，会产生二次裂纹；主裂纹与二次裂纹的宽度存在差异。