热障涂层材料体系研究现状及展望

随着先进航空发动机推进引擎向着高推动力和长服役寿命的方向发展,如今传统的含有 6-8 wt % 的氧化钇稳定氧化锆 (6-8YSZ) 热障涂层材料体系,在服役温度 1200℃以上时,YSZ 陶瓷涂层会发生高温相变,产生涂层间的热应力,最终导致涂层剥落失效,因此新材料体系的引入和涂层结构的改进刻不容缓。本文介绍了传统 YSZ的发展历史并且阐述了掺杂稀土氧化物稳定氧化锆、钙钛矿结构和稀土锆酸盐 (A2 Zr2O7 ) 即烧绿石结构等陶瓷材料体系的研究进展和发展前景,并分析了新型氧化铪基体陶瓷热障涂层体系和高熵材料体系涂层研究现状和未来发展趋势,最后对新型热障涂层材料的问题和发展进行了总结和展望。     

喷砂对MCrAlY-单晶高温合金界面组织影响研究

目的 研究在单晶表面喷砂预处理对MCrAlY-单晶高温合金界面的组织的影响。方法 对单晶基材进行不同载荷条件下的喷砂处理(包括无喷砂、轻喷砂及重喷砂),然后采用超音速火焰喷涂(HVOF)工艺在单晶试样上制备MCrAlY涂层,观察高温氧化后涂层-单晶界面组织的演变。真空热处理后,首先对基材和涂层的微观组织结构进行扫描电镜观察表征,然后对涂层进行1 050 ℃的高温氧化试验,保温287 h后,继续采用背散射电子模式观察TCP相的析出行为,测量并绘制互扩散区和二次反应区析出厚度柱状图。结果 高温氧化热暴露过程中,涂层和基体之间发生了明显的元素互扩散现象,喷砂处理对互扩散区大小,尤其是二次反应区的深度,有着显著影响。在该高温氧化试验条件下,轻喷砂和重喷砂对互扩散区厚度的影响不大(重喷砂17.5 μm,轻喷砂20 μm),但显著促进了SRZ的析出厚度(重喷砂52.5 μm,轻喷砂40 μm)。结论 喷砂会导致单晶内产生塑性变形(形成GPDZ),且重喷砂会析出更深的二次反应区,对于包覆型MCrAlY涂层在单晶热端部件的表面应用,应当对单晶表面实施轻喷砂或无喷砂处理。     

热冲击条件下硅酸镱环境障涂层组织演变研究

硅酸镱是重要的环境障涂层 (EBC) 材料, 本文采用等离子喷涂方法制备硅酸镱涂层, 对其进行了热冲击 考核, 包括纯燃气和含钙离子水汽热冲击, 并初步研究了经过热冲击的涂层组织演变行为。 结果表明, 高温下双 硅酸镱相容易发生向单硅酸镱相的转变, 这可能是因为涂层材料和水汽发生了反应。 在 1350 ℃燃气环境下, 涂 层表层发生了明显的烧结现象。 在含钙离子水汽热冲击（加热温度 1250 ℃） 条件下, 硅酸镱涂层表层形成了鼓 泡特征, 同时受到了钙离子腐蚀。 本文通过对涂层显微组织的分析, 提供了可能的组织演变与化学反应机制。     

航空发动机高温涂层腐蚀失效研究进展

航空发动机中高温涂层部件在不同的工况下会发生差异化的腐蚀现象。简要介绍了YSZ热障涂层、MCrAlY涂层的主要失效模式,重点梳理了这两类涂层的典型腐蚀失效形式,包括酸性腐蚀、熔盐腐蚀、CMAS腐蚀等。酸性腐蚀是涂层在潮湿环境且一般含有氯、硫条件下发生的弱酸性腐蚀,腐蚀温度为常温。熔盐腐蚀主要针对航空发动机在海洋环境下YSZ热障涂层及MCrAlY涂层面临熔融态盐(如NaCl、Na2SO4)发生的腐蚀,腐蚀温度一般为500~1 000 ℃。CMAS腐蚀主要是由沙漠、尘土环境下的复合氧化物引起陶瓷涂层失效,腐蚀温度一般高于1 200 ℃。最后对YSZ热障涂层及MCrAlY涂层的腐蚀失效机理及未来研究方向进行总结和展望。     

铼酸铵及铼粉制备典型工艺中碳杂质去除研究

为了探索铼酸铵及铼粉中杂质元素尤其是碳元素的去除,利用扫描电子显微镜(SEM)和GDMS化学成分检测进行微观组织和材料中杂质元素含量分析.另外采用ThermoCalc热力学计算方法对碳杂质的气化行为进行了理论分析,辅助解释杂质去除机理.结果表明,铼酸铵溶液中通入臭氧可以提高铼酸铵纯度、降低碳含量.铼酸铵氢还原制备铼粉时...     

环境障涂层含钙镁水汽条件下热冲击行为研究

环境障涂层（EBC）在实际服役过程中不仅面临高温水汽环境,还会面临钙镁的腐蚀。本文对等离子喷涂的双硅酸镱EBC涂层进行了1250 ℃ 300次的含钙镁水汽热冲击考核试验,并进行了涂层微观组织分析。结果表明,考核后涂层表面生成了双层腐蚀结构,其中最外层主要受到了钙腐蚀,生成了明显的多相组织,且包含大孔洞等形貌,该区生成了(Yb/Ca)2Si2O7、(Yb/Ca)2SiO5和 (Ca/Yb)2SiO4多相组织;次表层则受到了以镁为主的钙镁离子共同腐蚀,也生成了多晶相（(Yb/Mg/Ca)2SiO5和(Mg/Ca/Yb)2SiO4）,组织相对致密。本文通过结合表面形貌、横截面组织、微观能谱成分和XRD相结构等分析方式,对EBC涂层在含钙镁水汽热冲击环境下的化学反应机制进行了分析,给出了涂层失效机理分析。     

环境障涂层吹砂及热梯度烧蚀行为

环境障涂层（EBC）在实际服役过程中不仅面临高温燃气热梯度烧蚀环境,还会面临砂砾冲蚀情况。为此,本文对等离子喷涂的EBC涂层（底层为硅,面层为双硅酸镱）进行了表面吹砂和高温燃气热梯度烧蚀考核试验。首先对EBC涂层的吹砂行为进行了分析,结果表明,吹砂会引起涂层开裂和表层剥落。然后在经过了1400℃烧蚀考核后,本研究分析了样品不同区域的烧蚀形貌,并重点研究了中心烧蚀区的涂层失效行为。结果表明,中心烧蚀区涂层失效与硅元素的扩散直接相关。根据内部微观组织及显微成分的分析,本文给出了硅扩散导致涂层烧蚀剥落的机理分析。     

“氧化 - 扩散” 模型在高温合金 -MCrAlY 涂层体系中的应用

燃气轮机中（燃烧室、 涡轮） 高温合金热端部件长期工作在 1000℃及以上的高温环境, 导致部件材料需 要面对高温氧化、 热腐蚀、 高温载荷及力学性能的改变等实际问题。 MCrAlY 涂层在热端部件防护中发挥着重要 作用。 然而, 高温合金 -MCrAlY 涂层体系在高温中会发生元素互扩散、 组织演变等微观现象, 影响着部件高温 性能和使用寿命。 本研究采用 ThermoCalc/DICTRA 软件, 同时耦合了 MCrAlY 合金涂层表面氧化, 建立了高温 合金 - 涂层体系的“氧化 - 扩散” 模型, 成功应用于涂层成分优选与寿命预测。 本研究还总结了热力学计算在高 温合金 /MCrAlY 涂层体系中其他应用     

钛合金固相渗硼-稀土渗硼机理研究

表面强化处理可以大幅提升钛合金的耐磨性, 也有利于钛合金在高温环境中应用。 钛合金高温固相渗硼是重要的表面强化方式, 添加稀土提高渗硼效率是重要技术手段。 为深入研究稀土的渗硼催化机制, 本文开展了900~1050℃渗硼试验, 重点分析了渗硼剂在试验后的相组成变化。 结果表明, 稀土可通过与硼源、 氧发生化学反应, 生成熔点较低的稀土硼酸盐。 本文对该硼酸盐发挥的作用进行了解释, 论述了稀土在渗硼反应过程中的作用。经过渗硼的钛合金表面形成了 TiB/TiB2 双相渗层, 显微组织分析表明该渗层与基材结合紧密、 无孔洞缺陷。 本文还对渗硼钛合金的拉伸性能、 表面摩擦系数、 维氏硬度、 高温洛氏硬度、 结合力等基础力学性能进行了测试, 结果表明, 渗硼钛合金具有优良的综合力学性能。     

低压等离子喷涂环境障类柱状晶功能涂层设计与制备研究

环境障涂层(EBC)可有效提升大推重比发动机陶瓷基复合材料热端部件的防护效果。为进一步提高使用温度及抗CMAS性能,需对涂层结构做进一步优化。为此,本文提出采用具有类柱状晶结构EBC功能层,并采用LPPS喷涂技术对该功能层进行了制备研究。结果表明,采用LPPS系统中"PS-PVD(等离子物理气相沉积)"功能可完成类柱状晶双硅酸镱(Yb2Si2O7)功能层的制备。受粉末成分及喷涂中Si损耗效应影响,该功能层中还出现了单硅酸镱与氧化镱等新相。本文还对此类柱状晶EBC功能层可能发挥的作用进行了讨论。