新型高温隔热可磨耗封严涂层研究及展望

介绍了可磨耗封严涂层和热障涂层的研究现状.通过对二者发展共性的探讨.提出了开发一种广泛应用于燃气轮机及航空发动机部件上,既具有高温隔热性能又具有高温可磨耗性能的新型涂层.该新型涂层通过热障涂层的工作方式,能有效提高发动机部件的使用温度,并能以可磨耗封严的工作方式改善发动机的密封性能,最终大幅度提高发动机的燃气效率及使用寿命.通过对该新型涂层的概念、结构特点、实现方法以及优异性能的系统分析,指出了新型高温隔热可磨耗封严涂层的应用潜力及研究发展方向.     

等离子喷涂镍基可磨耗封严涂层抗腐蚀及耐磨性能分析

采用高效能超音速等离子喷涂沉积Ni-C及NiCrAl-BN可磨耗封严涂层, 对比研究两种涂层的抗冲蚀磨损、耐腐蚀及摩擦磨损性能。结果表明: 两种涂层中的润滑相均匀分布在金属连续相之中, 但与Ni-C涂层相比, NiCrAl-BN涂层中的润滑相尺寸较为细小, 表面硬度较高。当冲蚀角度由30°增加到90°后, 两种涂层冲蚀磨损失重量明显提高。NiCrAl-BN涂层的相对冲蚀速率约为Ni-C涂层的50%, 表明NiCrAl-BN涂层具有较为优良的抗冲蚀性能。Ni-C涂层在稀盐酸中(1vol%)发生了明显的电化学腐蚀, 在石墨片周围容易形成腐蚀产物; 酸液会沿NiCrAl-BN涂层中的孔隙渗入, 从而造成金属的局部腐蚀, 但腐蚀程度明显较Ni-C轻。随着环境温度的升高, 以BN为主的第二相润滑组元的塑性和流动性增强, 使摩擦表面原本较小的、不连续的润滑型保护膜逐渐铺展开来, 形成面积较大且呈连续分布的鳞片状自润滑保护膜。原来在较低温度下润滑膜中存在的裂纹、疏松或剥离等缺陷明显减少, 导致NiCrAl-BN涂层摩擦系数大幅度降低, 从而显示出优异的高温自润滑性能。     

等离子喷涂铝硅聚苯酯封严涂层的组织及抗冲蚀性能

抗冲蚀磨损性能是封严涂层最重要的性能指标之一.采用铝硅聚苯酯(Alsi-ployester)粉末和PARXAIR-3710等离子喷涂系统制备了可磨耗封严涂层.采用磨粒冲蚀试验研究了不同冲蚀角度、冲蚀时间、冲蚀颗粒尺寸和冲蚀速度对涂层抗冲蚀性能的影响,并用SEM观察冲蚀表面形貌.结果表明:在相同冲蚀条件下,Alsi-ployester涂层冲蚀率随冲蚀颗粒速度的增加而增加;涂层的冲蚀率受冲蚀角的影响,90°时的冲蚀率大于30°的;30°时涂层损失主要以刮削为主,90°时以凿削为主;涂层失重与冲蚀时间存在良好的线性关系;涂层冲蚀率随着冲蚀颗粒尺寸增加成波动变化,当颗粒尺寸为250μm时,冲蚀率达到最大.在实际工程应用中,Alsi-ployester涂层展示了良好的抗冲蚀性能.     

抗剥落金属基可磨耗封严涂层结构匹配制备研究

新一代航空发动机对推重比提出更高的要求,而发动机叶尖与机匣的间隙是影响发动机效率的关键因素之一。在机匣内壁制备可磨耗封严涂层能有效减小气流泄漏、避免叶尖与机匣碰磨,从而使发动机高效、安全地运行。可磨耗封严涂层通常具有高孔隙率,然而高孔隙率易降低可磨耗面层/陶瓷隔热层界面强度,引发可磨耗涂层整体剥落。为此,开展可磨耗封严面层/陶瓷隔热层界面结构匹配设计,在保证涂层可磨耗封严功能的基础上,增强二者界面抗剥落能力。首先,通过数值分析方法发现,可磨耗层/陶瓷层界面处孔隙特征尺寸和孔隙率增加均会加剧可磨耗层沿界面剥落的风险。进一步,提出可磨耗封严涂层的结构匹配设计,即在靠近界面处增加抗剥落过渡层。最后,通过模拟和试验相结合,优化抗剥落过渡层厚度,证实过渡层可显著延长体系的服役寿命。     

铝青铜聚酯封严涂层的制备和可磨耗性能评价

采用机械混合的方法制备了用于可磨耗涂层的铝青铜聚酯复合粉末,并通过大气等离子喷涂制备了相应涂层。通过滑动摩擦实验,对比考察了该涂层与Metco 605NS涂层在不同温度下的可磨耗性能。结果表明:涂层组织中聚酯和孔隙分布均匀;在室温和200℃下,采用混合粉末制备的涂层与钛合金配副摩擦因数均在0.4左右,磨痕表面光滑平整,磨损体积较Metco 605NS涂层更大,表现出更优异的可磨耗性能;在400℃时,聚酯的烧蚀和涂层致密化,以及滑动摩擦实验采用的点接触产生的高接触应力,使得与两种涂层对磨的钛合金均产生黏着剥落和磨粒磨损,摩擦因数升高且存在较大波动。     

等离子喷涂工艺稳定性对陶瓷涂层组织和性能的影响

采用正交试验设计方法研究了等离子喷涂主要工艺参数对Cr2O3涂层组织、抗拉结合强度和耐蚀性的影响,并用方差分析方法对试验结果进行分析。结果表明,影响涂层性能和性能稳定的最重要的工艺参数为电弧电流,其次为涂层厚度;涂层内孔隙率是影响涂层结合性和耐蚀性的主要原因;陶瓷涂层的腐蚀为陶瓷层内部的化学腐蚀。     

等离子喷涂参数对钽涂层组织及性能的影响

采用等离子喷涂法制备了钽金属涂层，用电子显微镜分析了不同工艺条件下钽涂层的化学成分、表面形貌，测试了涂层与基材的结合强度。结果表明，采用优化的等离子喷涂工艺参数，可以制取组织致密、厚度均匀的钽涂层；钽粉的颗粒尺寸对材料的熔化状态影响较大；在试验的喷距范围内，喷距对粉末的熔化状态和涂层结合强度均无明显影响。     

NiAl/AlBN封严涂层的电偶腐蚀行为

采用空气等离子喷涂工艺制备了NiAl/AlBN封严涂层。研究了NiAl/AlBN涂层在5%(质量分数)NaCl溶液中的电偶腐蚀行为。结合极化曲线、开路电位和微观形貌(SEM)观察,对封严涂层的腐蚀机理进行了探讨。通过计算出的平均电偶电流密度,评价了NiAl/AlBN封严涂层的电偶腐蚀敏感性。结果表明,AlBN涂层的腐蚀电位较NiAl涂层低,两者相差约70mV,电偶腐蚀过程中,腐蚀电位较低的AlBN涂层作为电偶对的阳极发生腐蚀,NiAl涂层作为阴极得到保护。NiAl/AlBN涂层的电偶电流密度为3.5331μA/cm2。电偶腐蚀后,电偶对的阳极、阴极的自腐蚀电位均降低了,阳极电位从-808mV负移到-883mV,阴极电位从-740mV负移到-800mV;电偶电位为-814mV。随着腐蚀时间的延长,AlBN涂层的防护性能逐渐减弱。     

电爆喷涂中工艺参数对涂层性能的影响

电爆喷涂技术能够快速、方便地在玻璃等非金属表面制备金属涂层。通过对不同工艺参数下电爆喷涂实验样品的测试与分析,得到了工艺参数与涂层性能之间的关系。结果表明,电爆喷涂过程中,当电容器初始电压从10kV逐渐增大到20kV、金属丝直径由1mm逐渐减小到0.5mm、回路电感由10.8μH逐渐减小到3.9μH时,能够使金属丝的受热更加充分,爆炸产生的金属微粒的平均粒径更小,温度更高,飞行速度更快,因而形成的涂层更加致密、均匀,涂层电阻最小达到0.235mΩ。     

航空发动机常用封严涂层的金相制备与显微组织检测技术

目前对航空发动机封严涂层的检测技术研究十分欠缺,尤其是对封严涂层金相制样及显微检测评定技术的研究处于空白。通过对航空发动机常用的几种可磨耗封严涂层金相样品制备技术及截面显微组织评价技术的研究,确定了可磨耗封严涂层金相样品合适的制备技术及工艺参数以及可磨耗涂层组织中的各相形貌及相含量。试验结果表明:采用自动化制样系统和最佳制样参数才能够得到反映涂层真实显微组织结构的金相试样,研究的封严涂层相分析技术及典型图片,可以达到准确分析和评定热喷涂涂层质量的目的。     

工艺参数对Ni-SiC复合镀层组织和性能的影响

采用复合电镀技术在铸铁基体材料上制备了Ni-SiC复合镀层.研究了SiC粒度、浓度、阴极电流密度等工艺参数对复合镀层的微观组织和显微硬度的影响.研究结果表明:在相同浓度条件下,SiC粒度较小的镀层表面平整、细密、均匀;SiC粒度较大的镀层表面较粗糙,部分SiC颗粒没有被基质金属Ni完全包裹住.在相同粒度条件下,SiC浓度增加,镀层中的SiC颗粒含量随之增加.在一定浓度范围内,镀层硬度随着SiC粒度的增加而有所降低.且镀层硬度随着SiC浓度的增加而增加,也随着阴极电流密度的增加而增加.     

工艺参数对Ni-W-P-CeO2-SiO2纳米复合薄膜材料微观组织及性能的影响

通过Ni,W,P和CeO2,SiO2纳米颗粒的脉冲共沉积,在普通碳钢表面制备了Ni-W-P-CeO2-SiO2纳米复合薄膜材料,研究了电解液pH值和电解液温度对纳米复合薄膜材料电沉积过程的影响,采用化学组成、沉积速率、显微硬度和微观组织进行表征.结果表明:增加电解液pH值和电解液温度,纳米复合材料晶粒得到细化,沉积速率和显微硬度增加.当电解液pH值为5.5、电解液温度为60℃时,纳米复合薄膜材料晶粒细小,沉积速率最快,为28.87μm/h,显微硬度最高,为Hv673,若继续增加电解液pH值和电解液温度,沉积速率和显微硬度又开始降低.     

Influence of Plasma Spray Parameters on the Cracking Behavior of Yttria Stabilized Zirconia Coatings

Thermal spray coatings enhance the material properties of substrates but this attribute may be negated if the coatings themselves fail. This paper investigates the performance of an important family of coatings as one step in improving the resistance of the coating/substrate system to mechanical failure. Thermal barrier coatings of yttria partially stabilized zirconia (YSZ) with a NiCrAlY bond coat were air plasma sprayed onto mild-steel substrates. The spray process parameters were varied according to top and bond coat thickness, stand off distance, and substrate temperature. These 17 groups of coating types, with six identical samples in each group, were four point bend tested while coupled with an in-situ acoustic emission transducer. Optical microscopy was then used to examine and map the resulting crack patterns. Measurements of the number of cracks, crack separation, delaminating length, and micro-crack density were also made. The combination of this information, along with properties obtained from the four point bend tests and acoustic emission signals, provided insight into the cracking and delaminating processes.     

溅射工艺参数对氧化铌涂层微观结构与耐蚀性的影响

为揭示溅射工艺参数对氧化铌涂层耐蚀性的影响规律,采用直流反应溅射技术在AZ31镁合金表面制备了不同工艺参数的氧化铌涂层,并通过扫描电镜和电化学工作站对涂层进行微观结构及耐蚀性测试。结果表明：氧气流量对涂层微观结构的影响不显著,但涂层的耐蚀性随氧气流量的增加而降低;当溅射功率由60 W增大到100 W时,涂层表面的致密性变差,甚至出现裂纹,耐蚀性则先增强后减弱;随着沉积时间由180 min增加到420min,涂层的厚度增加、致密性下降,对基底的腐蚀保护效果先增强后减弱。     

Si含量对VAlSiN涂层微结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响

采用反应磁控溅射技术,在300℃下制备不同Si含量的VAlSiN涂层。研究Si含量的变化对VAlSiN涂层相结构、生长形貌、化学状态、力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明:不含Si的VAlN涂层呈现(111)择优取向生长。随着Si含量的增加,VAlSiN涂层的(111)择优取向逐渐消失,最终转变为非晶结构。Si含量大于1.8%(原子分数,下同)的VAlSiN涂层是由nc-VAlN和a-Si_3N_4组成的多相复合涂层。与VAlN涂层相比,添加少量Si(0.8%)的VAlSiN涂层晶粒尺寸减小,致密度得到提高,对应的涂层硬度也得到显著增大,达到30.1GPa。继续增加Si的含量,VAlSiN涂层的柱状生长结构被打断,硬度逐渐下降,最后稳定在22GPa左右。VAlSiN涂层的摩擦因数随着Si含量的增加先降低后升高。当Si含量为0.8%时涂层的磨损率最低,达1.2×10~(-16)m~3·N~(-1)·m~(-1)。     

Influence of Gas Temperature on Microstructure and Properties of Cold Spray 304SS Coating

In the present study, 304 stainless steel coatings were deposited on interstitial-free steel substrates by cold gas dynamic spray technology. The effect of gas temperature on microstructure, micro-hardness, cohesive strength, and electrochemical property of the coatings were investigated and compared. The results showed that increasing gas temperature had a great contribution to enhancing the bonding strength between the deposited particles and making the microstructure more density. Therefore, the porosity of the coatings decreased from 6%±0.5% to 2%±0.3%, and the tensile strength of the coatings increased from 56±4 MPa up to 73±3 MPa. In addition, the corrosion resistance of the coatings was also deeply influenced by process gas temperature. The corrosion kinetics of the coatings were affected by both of the plastic deformation of deposited particles and the porosity in the coatings.     

喷涂距离和喷涂功率对羟基磷灰石涂层的影响

本文以Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ合金为基体材料,采用等离子喷涂方法,在不同喷涂距离和喷涂功率下制备羟基磷灰石（ＨＡ）涂层,研究喷涂距离和喷涂功率这两个重要的喷涂参数对涂层结构和组成的影响．使用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）观察了羟基磷灰石涂层的形貌．涂层的相组成由Ｘ射线衍射谱仪（ＸＲＤ）分析而得．并使用Ｘ射线荧光谱仪（ＸＲＦ）测定了涂层的Ｃａ／Ｐ摩尔比．研究结果表明,喷涂距离对羟基磷灰石涂层的形貌、相组成以及Ｃａ／Ｐ摩尔比有着明显的影响．随着喷涂距离的增大,羟基磷灰石粉末的熔化状态得到改善,涂层的显微结构较为致密．然而,喷涂距离的增大使得涂层的非晶化更加严重,涂层中非晶相含量增大．在实验范围内,喷涂功率对涂层结构和相组成的影响不明显．Ｃａ／Ｐ比测定显示,等离子喷涂羟基磷灰石涂层均为缺磷涂层,Ｃａ／Ｐ比随喷涂距离的增大而降低,随喷涂功率的增大而增大．     

热反应扩散时间对钒铬共渗层显微形貌及性能的影响

近年来,铬钒共渗层由于具有优良的综合性能被逐渐关注并广泛研究与应用,但已有的报道对其显微形貌尤其是界面结构以及性能的研究较少。采用热反应扩散法对Cr12钢进行铬钒共渗处理,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对渗层的显微结构进行了分析。重点讨论了热反应扩散时间对渗层厚度、显微硬度、物相组成以及膜基结合力的影响;分析了主要元素沿渗层到基体方向的变化趋势和特点。结果表明:随着渗入时间的延长,所得渗层的厚度为2.0~8.2μm,渗层连续、均匀较致密。铬钒共渗层的物相组成主要为VC、Cr7C3和(Cr,Fe)7C3,反应过程中各物相对应的衍射峰强度会发生相应的变化。渗层的显微硬度值为1 683.80HV0.3~1 948.57HV0.3,明显高于空白基体的显微硬度值;划痕测试结果表明铬钒共渗层和基体的界面结合良好,结合力为55~64N。     

工艺参数对AZ91C镁合金生成微弧氧化膜层的影响

用微弧氧化方法在硅酸钠-氢氧化钾电解液体系中制备得到了镁合金氧化膜.考察了反应时间和电流密度对生成氧化物膜层的影响.结果表明:膜层的生长速度与反应时间密切相关,膜层总厚度随反应时间的延长而增加.反应开始阶段,膜向外生长速率大于向基体内氧化速率,一定时间后,膜层增厚以向内生长为主.电流密度对膜层厚度有显著影响,随电流密度增大,膜层厚度呈近似线性增加,表面粗糙度也随之增加.