高熵合金涂层制备及其应用的研究进展

高熵合金涂层又称多主元合金涂层,是一种新型合金涂层。受高熵效应的影响,涂层的组织结构主要由单一的BCC、FCC或者HCP固溶体相构成,且易于形成非晶、纳米晶和纳米复合物,呈现出优异的综合力学性能、抗高温氧化性能、耐辐射性能和生物兼容性能等,具有重要的研究价值和应用前景。分别从涂层的主元数量和位形熵值两方面对高熵合金涂层的概念进行了阐述,比较分析了热喷涂、激光熔覆以及物理气相沉积等几类常用的高熵合金涂层制备工艺的优点和不足,总结了高熵合金涂层的工业应用现状,最后指出了高熵合金涂层在目前的研究中存在的问题并展望了其未来的发展方向。     

Change in Surface Microstructure and Properties of PTFE after Solar Radiation and its Mechanism

A series of solar radiation tests for the polytetrafluoroethylene(PTFE) bulk and film samples were carried out using Q-SUN XE-3-HSC type Solar Radiation Simulator, with the test parameters as follows: radiation intensity is 1 120 W/m~2, temperature is 55 ℃ and humidity is 70% RH. Surface morphology, composition and microstructure of the PTFE samples before and after radiation tests were characterized contrastively. Effect of solar radiation on the tribology and wetting properties of PTFE were also studied by tribometer and contact angle tester, respectively. The results show that, for radiated PTFE, surface roughness, the relative content of C element, the friction coefficients and the contact angle with water increased in varying degrees. In conclusion, the obvious change in PTFE samples can be mainly attributed to break of(CFx)-C bonds after bombardment of high energy UV photons, which causes the loss of F-rich groups, oxidation, crosslinking and restructuring of active unsaturated groups.     

热喷涂涂层/基体异质界面结合强度优化理论与方法现状研究

结合强度是评价热喷涂涂层质量的重要指标之一,直接影响装备零部件的服役安全与寿命。由于涂层本质上是由大量高速飞行的熔融态喷涂粒子撞击基体迅速铺展凝固、逐层堆垛所形成的,无法在基体界面形成微熔池或有效的元素扩渗,因而涂层/基体界面通常以机械结合为主,冶金结合的含量则相对较少。分别从基体表面粗化预处理、原位元素扩渗及重熔后处理三个角度,详细综述不同处理工艺对涂层/基体界面机械与冶金两种结合机理提升的影响规律。结果表明,粗化后的基体能够增加界面锚合、嵌合及咬合的机械结合程度,同时增大熔滴与基体表面的润湿程度,减小界面裂纹及热应力;通过调节粒子飞行特性(包括速度、熔融状态、物相成分、几何结构、空间分布等)与基体表面状态(温度、化学成分等)等,降低撞击基体后的凝固速度,促进界面元素扩渗,有利于形成微冶金结合;原位激光辅助喷涂及各类重熔后处理技术则可以通过引入的热源,进一步促进涂层内各组元的充分混合、消除微裂纹及孔隙等结构缺陷、调控整体热应力,提升涂层结合强度。     

稀土氧化物掺杂改性YSZ热障涂层研究现状与趋势

随着科技的进步与发展,面对日趋复杂的工作环境,传统的氧化钇部分稳定的氧化锆(Yttria partially stabilized zirconia)热障涂层材料在高于1200℃的环境下服役时,易出现相变、烧结收缩严重等问题,降低了涂层的隔热性能,同时伴随有一定的体积变化而加速涂层的剥落,需要研发性能更好的热障涂层以适应未来的工作环境.新一代热障涂层分为以下几类:(1)掺杂稀土氧化物改性YSZ热障涂层;(2)萤石或焦绿石结构热障涂层;(3)钇铝石榴石或磁铁铅矿热障涂层;(4)钙钛矿结构热障涂层.其中,采用稀土氧化物掺杂对YSZ进行改性的热障涂层由于可以有效降低热障涂层的热导率,提高其高温相稳定性、高温抗氧化性、高温抗腐蚀性能等而引起国内外学者的关注.本文主要介绍了目前几种有希望代替传统YSZ涂层的稀土氧化物掺杂改性YSZ热障涂层,稀土氧化物包括CeO2、Sc2 O3、Gd2 O3、La2 O3,对不同稀土氧化物掺杂改性YSZ热障涂层材料的物理化学性质、研究现状及存在的问题进行了综述.其中掺杂CeO2可降低涂层的热导率,使其耐Na2 SO4腐蚀能力增强,并提高其热稳定性;掺杂Sc2 O3不仅降低涂层的热导率,还大大提高其相稳定性,使涂层在1500℃高温下经过长时间热处理后仍然保持单一的t'相;掺杂Gd2 O3可有效提高其耐热腐蚀性,但过量掺杂会降低涂层的力学性能;掺杂La2 O3可增强涂层的抗烧结能力,有效降低其热导率.本文还对影响稀土氧化物掺杂改性YSZ热障涂层性能的其他因素(如制粉方式、喷涂工艺等)的研究现状进行了简单的介绍,对今后热障涂层体系的发展趋势及研发思路进行总结,为新型热障涂层的研制提供参考.     

空间装备摩擦学部件服役工况分析

航天任务的复杂程度和时限逐步加大,对空间装备零部件的可靠性和寿命要求越来越高,空间装备中各机械摩擦部件能否正常运转和达到预期寿命已成为航天任务能否顺利完成的关键因素。对主要空间装备摩擦学部件的运动工况进行总结,指出空间摩擦学部件涉及较宽的速度和载荷范围,且常处于连续工作、多次"启-停"或间歇操作等复杂的运动状态,并归纳分析直接影响摩擦、磨损和润滑问题的主要空间环境因素,即高真空、快速温变和极端温度、强辐射、原子氧、微重力以及微流星和空间碎片,提出未来我国可以从空间环境效应以及空间润滑材料的设计制备两方面进行深入研究,从而大大提高空间装备摩擦学部件的服役寿命和可靠性。     

热喷涂宽温域耐磨自润滑涂层研究现状与展望

在航空、航天、冶金、电力、石化、矿采等领域,零件高温摩擦磨损特性是影响装备寿命的重要因素,在关重零部件表面设计制备宽温域耐磨自润滑涂层是装备零件强化改性和再制造修复的重要手段。首先阐述了宽温域耐磨自润滑涂层设计中过渡层、基础相、增强相的材料选择依据;其次针对单一固体润滑剂适用温度范围窄的问题,梳理了从低温润滑剂发生氧化反应原位生成高温润滑剂,低温润滑剂与高温润滑剂长时协同作用,添加抑制剂减缓润滑相的损耗退化等三种宽温域耐磨自润滑涂层材料设计方法;而后总结了宽温域耐磨自润滑涂层的制备工艺,分析了不同喷涂工艺的技术特点和涂层制备实例,介绍了宽温域耐磨自润滑涂层在军事装备和工业设备上的典型应用;最后在此基础上对宽温域耐磨自润滑涂层的未来发展方向进行了展望。     

不同工艺参数下超音速等离子喷涂层界面结合行为及其分形特性∗

随着研究不断深入,分形几何可以用来描述涂层的表面形貌和复杂性,分形维数可实现形貌结构的定性描述向定量表征转变。为研究超音速等离子喷涂层界面结合行为与其分形维数之间的关系,采用对比试验研究喷涂距离、喷涂电流等工艺参数对涂层结合界面形貌和结合强度的影响,并引入分形理论对界面结合行为进行定量表征,进而探究结合界面形貌、结合强度、分形维数三者的对应关系。结果表明：相比于喷涂电流,喷涂距离对分形维数的影响更为显著。当喷涂距离为 80 mm 和 100 mm 时,随着喷涂电流从 400 A 增大到 500 A,分形维数呈先减小后增大趋势,最小为 1.115 0;当喷涂距离为 120 mm 时,粒子在等离子焰流中的飞行时间增长,随电流增大,涂层界面分形维数则先增大后减小。界面分形维数与涂层结合强度之间存在着正相关的对应关系。当分形维数在一定范围内呈增大趋势时,涂层 / 基体结合界面处孔隙减少、结合强度增大。 因此,涂层 / 基体结合行为的分形特性研究对评价涂层质量具有重要意义。     

气体放电热源喷涂技术的数值模拟研究现状∗

热喷涂技术是表面工程领域中极为重要的一种装备强化修复技术,其中以气体放电形式为热源的喷涂技术包括等离子喷涂和电弧喷涂,两者更是占据热喷涂领域的绝大市场份额,采用数值模拟可以解决一些在试验上较为棘手的重点研究问题, 如等离子体流场和熔滴传热传质行为等,以期实现工艺参数的准确调控和优异涂层的制备。研究电弧及等离子喷涂模拟的模型差异化问题及流场速度、温度、电磁性质,归纳相关模拟的发展历程,并调查试验与模拟的吻合程度。结果表明：电弧喷涂中丝材原料会使阴阳极产生温度差,水平速度分布较发散,熔滴模型也多未考虑熔滴群间相互作用;等离子喷涂研究中常用的三维瞬态双温模型已十分贴近实际工况,对熔滴飞行中的加热、加速过程及破碎行为的研究已较为完备,但仍存在湍流模型计算精度不够、对鞘层弧柱区的研究不够深入等问题。后续应重点在电弧喷涂多液滴模型、等离子体电磁作用和等离子丝材喷涂工艺的数值模拟等方面进行深入研究。