热障涂层无损检测技术研究进展

为提高发动机的涡轮前温度和热端部件服役寿命,热障涂层（TBCs）被广泛应用于燃气涡轮发动机。热障涂层具有多相、多界面和非均质特性,且其服役工况恶劣复杂。寻找一种可以表征涂层显微组织、缺陷、热物性、应力等反映涂层质量和剩余寿命的无损检测方法,对发动机的热端部件安全性和可靠性至关重要。文中综述了超声检测技术（UT）、声发射技术（AE）、红外热成像技术（IRT）、阻抗谱技术（IS）和光激发荧光压电光谱技术（PLPS）的原理以及其在热障涂层无损检测中的研究应用,并详细介绍了太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术及其在热障涂层中的应用。最后总结了上述无损检测方法的检测能力,并对热障涂层无损检测方法进行展望。     

溶液前驱体等离子喷涂热障涂层的高温稳定性

以锆盐和钇盐水溶液为原料,采用溶液前驱体等离子喷涂(SPPS)技术制备了氧化钇部分稳定氧化锆(7YSZ)热障涂层,利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)和扫描电镜(SEM)研究了SPPS涂层在1 200~1 400℃下的相结构和微观结构稳定性。结果表明:沉积态SPPS涂层为亚稳四方相(t′),在1 200℃和1 300℃时未发生亚稳四方相(t′)向单斜相(m)的转变,在1 400℃热处理100h后出现了少量单斜相。在1 200~1 400℃下,SPPS涂层发生了不同程度的烧结现象;随热处理温度升高,SPPS涂层晶粒长大速率增加,在1 200、1 300和1 400℃热处理100h后,最大晶粒尺寸分别约为350、700和1 100nm。同时,在1 400℃下热处理100h后,涂层中仍然存在大量1μm的微孔,表明其具有较好的微孔保持能力。     

铂改性铝化物涂层的应用与发展

作为重要的高温防护涂层或热障涂层的粘结层, 扩散型铂改性铝化物涂层（ PtAl 涂层） 在国外已获得批量 化应用, 自 PtAl 涂层商业化应用至今约 50 年时间内, PtAl 涂层在制备工艺技术、 微观结构和成分控制等方面得 到了系统优化和发展, 已形成了系列化涂层。 在 PtAl 涂层技术方面, 国内与国外尚存较大的差距, 在单晶高温 合金发展和燃气涡轮发动机对高性能高温防护涂层需求的驱动下, 国内大力开展了 PtAl 及改性 PtAl 涂层的研制 工作。 在此背景下, 本文对 PtAl 涂层的发展、 应用、 性能特征、 Pt 的作用机理和最新研究进展进行了综述, 并系统介绍了 PtAl 涂层组织结构特征及其制备技术, 最后展望了国内在 PtAl 涂层发展方向。     

电火花堆焊工艺在电厂设备关键部件修复中的应用

电炎花堆焊工艺具有热办理入量小、残余应力可忽略不讦等显著特点，在特殊关键部件焊接中有不可替代性。通过采用电火花堆焊工艺修复兰州某电厂100MW汽轮机重载主轴轴颈磨损沟痕、山东某电厂汽轮机壳体密封面冲蚀沟痕及太原一电厂热网循环泵主轴磨损面，取得了较理想的效果，应用情况表明电火花堆焊工艺在电力行业轴类关键部件修复中具有世大应用前景。     

粘结层和陶瓷层厚度对纳米结构热障涂层性能的影响

采用超音速火焰喷涂+大气等离子喷涂工艺,在K403高温合金表面制备不同层厚比的NiCrA-lY/纳米7YSZ热障涂层,研究了涂层厚度变化对热障涂层表面粗糙度、结合强度、热震性能和热循环寿命的影响规律。结果表明:当粘结层厚度一定时,随着陶瓷层厚度的增加,其表面粗糙度增加,涂层结合强度下降;当粘结层厚度为50μm时,热障涂层的抗热震性能随陶瓷层厚度增加而降低,粘结层厚度提高至100μm时,热障涂层的抗热震性能随陶瓷层厚度增加先提高,后降低,热障涂层在1100℃的热循环寿命测试结果也基本对应这一规律;当粘结层厚50μm且陶瓷层/粘结层的层厚比在(1～2)∶1的范围内,或者粘结层厚100μm且陶瓷层/粘结层的层厚比在(2～2.5)∶1范围内时,热障涂层具有较优异的性能。     

不同结构8YSZ热障涂层对CMAS沉积物的防护作用

利用常规等离子喷涂和高能等离子喷涂工艺分别制备了不同结构的8YSZ热障涂层,研究了不同结构涂层在高温退火(1 250℃,2 h)和燃气热冲击条件(1 200℃/900℃)下对CMAS沉积物防护作用。结果表明:提高8YSZ涂层致密度和在其表面制备致密氧化铝封阻层可延缓CMAS沉积物渗入和反应,并提高涂层在CMAS耦合条件下燃气热冲击寿命,在孔隙率12.9%的8YSZ涂层表面制备厚度10~20μm致密氧化铝层,热冲击寿命提高4.4倍。8YSZ涂层致密度提高或表面致密氧化铝薄层制备,可进一步降低涂层表面粗糙度,同时燃气热冲击条件下氧化铝层自身逐层剥离的失效形式,均能减缓CMAS的粘附;1 250℃下氧化铝层会溶解进入CMAS提高局部Al含量,从而使CMAS中局部低熔点相向高熔点钙长石相转变,会进一步提高界面稳定性。     

CMAS 对 DZ40M 高温合金及其表面 NiCrAlY 涂层损伤作用研究

CMAS沉积物(CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2, CMAS)已经成为制约航空发动机涡轮叶片热障涂层应用的核心问题,其显著降低热障涂层服役寿命,严重的甚至堵塞叶片气膜冷却孔,导致合金基体烧蚀和失效。本文针对DZ40M钴基高温合金和其表面NiCrAlY涂层,模拟了热障涂层陶瓷层失效后,CMAS沉积物对合金基体和粘结层的腐蚀作用。针对1100℃预氧化10h后的样品,在涂抹相同面密度的CMAS沉积物后,在1100℃、1150℃、1200℃和1250℃条件下保温10h,系统分析了不同温度下CMAS对合金及NiCrAlY涂层表面氧化膜的破坏作用,通过XRD、SEM和EDS等手段,阐明了温度在1150℃以下,CMAS沉积物主要对氧化膜产生粘附及热应力影响,导致冷却过程中的氧化膜剥落;当温度高于1200℃时,CMAS逐步熔融或渗入氧化膜内部,导致氧化膜开裂剥落加速,对金属粘结层和基体的损伤破坏作用加剧。     

TC1合金表面新型电火花系统沉积WC-8Co强化层厚度研究

采用DZ4000新型电火花沉积系统在TC1合金表面沉积WC-8Co电极材料，研究多项工艺参数同时变化时沉积层厚度的变化规律。4个沉积层厚度影响因子分别为工作电压、电极转速、放电电容和沉积时间，每个影响因子设定4个工艺水平，进行四因素四水平正交试验。以WC-8Co沉积层厚度作为评价指标，分析试验结果，优化最佳的工艺参数。     

送粉位置对等离子喷涂YSZ粒子熔化状态的影响

研究了等离子喷枪采用3个送粉位置时距离喷嘴90mm处YSZ粒子的熔化状态(包括粒子温度及速度、粒子粒度分布、粒子撞击基体后的扁平形貌),其中送粉位置1和2为枪外送粉,送粉孔轴线距离喷嘴端面分别为9mm和3.5mm,送粉位置3为枪内送粉,送粉孔轴线距离喷嘴端面5mm。结果表明,送粉位置沿等离子射流逆流方向移动时(分别对应送粉位置1、2和3),粒子熔化效果明显增强,粒子扁平化程度提高;涂层中未熔颗粒和孔隙百分比由33.25%减小至10.13%,涂层结合强度由16.25MPa增加至37.25MPa,涂层表面剥落20%时经历的热震次数由35次增加至130次;采用送粉位置3时,喷涂功率33.60kW,低于其他送粉位置的电弧功率(46.75kW),实现了低功率制备高性能YSZ涂层。     

不同结构等离子喷涂热障涂层的性能研究

通过等离子喷涂,制备了常规层状结构、垂直裂纹结构的氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ)和铈酸镧(LCO)热障涂层,分析了涂层的微观形貌及性能。结果表明:对于YSZ涂层,垂直裂纹结构的结合强度是层状结构的1.8倍;LCO涂层的微观结构对喷涂工艺比较敏感,适当降低喷涂功率有助于提高扁平化粒子间的结合,缓解涂层中横向裂纹的产生,促进垂直裂纹形成;与层状结构的LCO/YSZ双层涂层相比,垂直裂纹结构的LCO/YSZ双层涂层的结合强度和抗热震性能未明显提高。