等离子体喷涂高温抗氧化涂层制备与表征

高温抗氧化涂层是高温结构材料的重要研究内容之一。为了提高抗氧化涂层的性能,人们致力于新的涂层制备工艺和涂层材料开发。近年来,中国科学院上海硅酸盐研究所采用等离子体喷涂技术制备了非氧化物高温抗氧化涂层,并取得了初期结果。本文简要介绍采用大气和真空等离子体喷涂技术制备的MoSi2涂层具有良好的高温抗氧化性能;等离子体喷涂硅...     

燃气舵表面 ZrO 2涂层热结构耦合分析

基于流体计算软件FLUENT和有限元分析软件ANSYS对燃气舵表面ZrO2涂层进行了热结构耦合的分析,主要对不同厚度（0.5 mm,1.0 mm和1.5 mm） ZrO2涂层表面的瞬态温度及其引起的相变和热应力进行了研究。结果表明,ZrO2涂层的厚度增加后应力值增大导致超过其屈服强度以及ZrO2涂层温度达到相变温度引发相变是其失效的主要原因;燃气舵的失效与ZrO2涂层的失效密切相关。计算结果对探究“消熔舵”技术中ZrO2涂层及燃气舵的失效行为有一定的指导意义。     

复合料浆热压滤法制备空间网络复合涂层及其高温氧化行为

采用复合料浆热压滤法制备出厚度在数十微米到数百微米之间可控的YSZ/YSZ、Al2O3/YSZ、Al2O3/YSZ-Al2O3和Al2O3/Al2O3复合涂层。微观形貌显示复合涂层由具有空间网络结构的YSZ或Al2O3包覆颗粒状YSZ或/和Al2O3组成。高温氧化实验结果显示,含有适量YSZ颗粒的Al2O3/YSZ-Al2O3复合涂层具有优异的抗高温氧化性能。为通过氧元素在复合涂层中的扩散行为深入分析其抗高温氧化性能,本文还基于复合涂层的微观结构及高温氧化行为表现,建立与之相对应的简化模型。     

论桩基的沉降量

在工程设计实践中 ,根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94— 94 )计算桩基沉降量往往偏大很多 ,甚至计算值是实测值的 1 0倍。阐明了产生这种差距的主要原因 ,并提出了比较符合桩基实测沉降值的修正计算方法     

微 / 纳米结构含锌硅酸钙基涂层成骨性能研究

骨科植入物涂层的表面形貌和化学组成对炎症反应的进程和骨形成的发生都发挥着重要调节作用。为综合 利用微 / 纳米仿生结构和生物活性元素的优势,将含锌 (Zn) 的纳米结构物质引入到经水热处理后的等离子喷涂硅 酸钙 (calcium silicate, CS) 涂层表面,对所制备涂层的物相组成、表面和截面形貌、比表面积、Zeta 电位和生理环 境下离子溶出等物理化学性能进行了表征。相比于常规 CS 涂层,具有微 / 纳米复合结构的 CS 和含锌 CS 涂层拥 有更高比表面积和孔容,可吸附更多血清蛋白和纤维连接蛋白,通过刺激细胞内整合素以及下游 vinculin 和 FAK 基因表达,提高了骨髓间充质干细胞 (BMSCs) 铺展能力。涂层中锌的引入进一步提高了其表面 BMSCs 的增殖能 力和与成骨细胞分化相关的基因表达。具有微 / 纳米复合结构的涂层明显上调了 RAW264.7 巨噬细胞中 M2 表型 因子（CD206 和 ARG）基因表达,而涂层中溶出的 Zn2+ 显著提高了 RAW264.7 细胞中抑炎症因子（IL-1ra 和 IL10）基因表达,促使其向抑炎症表型转化。骨科植入物涂层表面锌元素和纳米结构的引入有利于创建良好的骨免 疫微环境,促进骨形成的发生。     

C/C材料表面ZrB2-SiC功能梯度涂层残余应力分析

目的以C/C复合材料为基体,设计ZrB_2-SiC功能梯度材料。方法利用Ansys软件对等离子喷涂ZrB_2-SiC功能梯度涂层在沉积过程中产生的残余应力进行数值模拟,分析成分分布指数p和梯度层厚度t对梯度涂层残余应力的影响;并通过基于悬臂梁理论的热应力解析,计算与基体接触的涂层在涂层与基体厚度比λ不同时的残余应力值。结果模拟分析结果表明,在涂层与基体的界面,梯度层的厚度对轴向压应力影响不大,径向压应力和切向应力均随厚度的增加而增大,在边缘区域应力集中较为严重,易产生层间破坏;纯ZrB_2层为表面层,其应力主要为径向压应力,且沿径向逐渐减小至0,到边缘处又突变为拉应力,并随p的增大而减小。对比解析法分析可得两者计算的与基体接触的涂层内部的残余应力随λ的增大都是逐渐降低的,这符合涂层内部的应力分布原理。根据优化设计,获得功能梯度材料在各梯度层厚度d为0.1~0.2 mm,成分梯度指数为4时的热应力变化缓和效果较好。结论基于悬臂梁理论的解析解可以很好地评估热应力,并验证了该模拟的正确性。     

人工关节用真空等离子喷涂Ti-HA涂层工艺研究

采用真空等离子体喷涂技术,在Ti基体上制备Ti-HA涂层,研究了喷涂工艺因素对涂层结构、性能的影响.结果发现,适当降低喷涂功率、减少氢气流量,有助于提高Ti涂层的粗糙度和HA涂层的结晶度.在优化的工艺参数下,可获得粗糙度大(Ra 26.0 μm)的Ti涂层和结晶度高(67%)的HA涂层.本文还在人工髋关节实物表面制备了可满足临床植入要求的Ti-HA涂层.     

等离子喷涂HA/Ti复合涂层研究 Ⅱ.生物学性能

对等离子喷涂ＨＡ／Ｔｉ复合涂层进行模拟体液和体外细胞试验,以考察涂层的生物学性能。结果指出,涂层经模拟体液浸泡后,表面覆盖一层碳酸磷灰石（ｃａｒｂｏｎａｔｅ－ａｐａｔｉｔｅ）,这表明涂层具有良好的生物活性,粗糙的涂层表面易于形成碳酸磷灰石,,模拟体液的浓度太小或ｐＨ值太大,均会导致碳酸磷灰石层不能在涂层表面形成,体外细胞试验显示,成骨细胞能在涂层表面紧密贴壁并正常生长,显示涂层具有优良的生物相容性     

TiAl合金表面TiAlCrY/YSZ涂层高温长时间服役性能

TiAl合金具有低密度、高比强度的优异性能,是一种潜在的航空发动机用结构材料。TiAl合金的服役温度范围为700～900℃,在其表面制备高温热防护涂层可以进一步提高服役温度。本研究采用等离子喷涂技术在TiAl合金表面制备了新型TiAlCrY/YSZ涂层,并与传统的NiCrAlY/YSZ热障涂层进行高温长时间服役性能对比研究。结果发现, TiAlCrY/YSZ涂层在1100℃空气环境中服役300 h保持完好,表现出良好的高温性能,而NiCrAlY/YSZ涂层在1100℃的服役寿命不足100 h。显微分析结果表明, TiAlCrY黏结层表面会形成一层连续且致密的TGO,其主要成分为Al2O3,与YSZ涂层的界面兼容性良好。并且TGO在1100℃空气环境中服役300 h后,厚度仍<8μm。以上研究表明,与传统NiCrAlY/YSZ热障涂层相比, TiAlCrY/YSZ更适合作为TiAl合金表面的高温热防护涂层。     

等离子喷涂TiC-Graphite复合涂层摩擦磨损性能

等离子喷涂TiC涂层具有良好的综合性能, 在极端环境能起到较好的耐磨保护作用, 而石墨是一种优异的自润滑材料。通过喷雾干燥与真空烧结技术制备不同石墨添加量(1.25%、2.5%、5%和10%, 质量分数)的TiC-Graphite球形粉体, 并采用大气等离子喷涂技术制备TiC-Graphite复合涂层。对涂层的相组成、显微结构和力学性能进行了表征, 并对涂层的摩擦磨损性能进行了比较研究。结果发现, TiC-Graphite涂层主要由TiC和石墨相组成。随石墨添加量增大, TiC-Graphite涂层截面微裂纹增多, 表面粗糙度增大, 硬度下降。石墨对TiC涂层在高载荷的磨损性能影响更显著。在50 N高载荷条件, 随石墨添加量增大, TiC-Graphite涂层磨损率降低后急剧增大, 而摩擦系数持续减小。当石墨添加量为2.5%时, 涂层获得最低的磨损率为0.67×10^-5 mm³/(N·m), 同时具有较低的摩擦系数(0.35), 与不添加石墨的TiC涂层相比, 分别降低了72.4%和27.8%。