等离子喷涂梯度热障涂层的抗热震性能

对比研究了等离子喷涂梯度热障涂层与双层热障涂层,试验中梯度热障涂层选用不同比例的NiCoCrAlY与ZrO₂-8%Y₂O₃复合粉末作为梯度过渡层材料,并对两种结构的热障涂层进行了抗热震性能试验。抗热震试验结果表明,梯度热障涂层的抗热震寿命明显高于双层热障涂层的抗热震寿命。     

等离子喷涂热障涂层高温风洞热震行为

采用等离子喷涂工艺制备ZrO2-8%Y2O3(质量分数,下同)陶瓷层,冷喷涂制备CoNiCrAlY粘结层,在高温燃气风洞条件下测试热障涂层的热震性能,并研究了高温氧化处理对试样热震性能的影响.结果表明,等离子喷涂热障涂层具有较好的抗热震性能,经过100次热震循环后,涂层与基体结合良好,涂层较为完整,未出现大面积的剥落;经过氧化处理后的试样抗热震性较差.     

三种热障涂层的组织性能

采用等离子喷涂技术制备了三种不同材料的热障涂层(TBC),对涂层进行了组织性能的分析比较.结果表明,Al-1075的TBC结合强度最高,为 24.66 MPa,具有良好的抗热震性能;KF-230的TBC结合强度最低,为 16.06 MPa;LG-210的TBC结合强度居中,抗热震性能最差.分析认为,氧化物层(TGO)在热障涂层中的失效起至关重要的作用,TGO是裂纹的产生源,是裂纹扩展的通道,是热障涂层系统中的最薄弱环节.因此抑制TGO是提高涂层结合强度、改善涂层抗热震性能的重要措施.     

等离子喷涂纳米热障涂层热震性能

采用等离子喷涂工艺制备常规和纳米结构ZrO2-7%Y2O3热障涂层,比较两种涂层在850℃下的热震性能,并探讨其热震失效机理。结果表明,不管是首次出现宏观裂纹(局部剥落)还是达到热震失效,纳米结构热障涂层的热震次数都明显高于相应的常规涂层。相对于常规涂层,纳米结构涂层有较好的抗热震性能。等离子喷涂常规热障涂层的热震失效形式为大面积整体剥落,而纳米结构热障涂层热震失效形式为边角局部剥落。     

大气等离子喷涂锆酸镧热障涂层

利用自制的稀土元素复合掺杂锆酸镧热喷涂粉末,采用大气等离子喷涂技术,在镍基高温合金表面制备La1.6Nd0.4Ce1.0Zr1.0O7(LNCZ)热障涂层,研究了喷涂参数对涂层沉积率、显微结构、结合强度及抗热震性能的影响。结果表明,增大喷涂功率,降低送粉速率可以有效地提高涂层的沉积率,但对涂层结合和抗热震性能不利。减小喷涂距离不仅提高沉积率,还有利于获得孔径细小、孔隙率适中的层状组织结构,该结构对提高涂层的抗热震性能极为有利。采用DH-1080大气等离子喷涂设备制备LNCZ涂层较好的喷涂条件为:功率40 kW,喷涂距离9 cm,送粉速率12 g/min。     

热障涂层孔隙率的控制研究

以Ni基合金涂层打底、ZrO_2-Y_2O_3涂层作工作层,采用等离子喷涂技术在1Cr18Ni9Ti不锈钢板上制备了热障涂层。研究了喷涂用粉末的制作方法及其粒度分布和喷涂工艺参数对涂层孔隙率的影响。研究表明,只要将涂层的孔隙率控制在一合适的范围内,热障涂层将具有良好的综合性能,如隔热性能、硬度、粘附强度、抗冲击性能和抗热震性能等。     

激光表面重熔对ZrO_2-8wt%Y_2O_3热障涂层组织与抗热震性能的影响

采用等离子喷涂设备在H13热作模具钢表面制备氧化钇部分稳定的氧化锆(ZrO2-8 wt%Y2O3)热障涂层,并用CO2横流激光器对热障涂层进行表面重熔处理,并采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热震试验等手段研究激光重熔前后热障涂层的微观结构及其抗热震性能的变化。结果表明,重熔前后涂层均由四方结构钇锆氧化物和立方相的氧化锆组成,重熔后涂层结晶度增加,晶粒有长大现象。激光重熔后涂层产生明显分层,表层组织孔隙和裂纹明显减少,裂纹呈网状且沿晶界分布,重熔涂层内部仍保持等离子喷涂典型结构。激光重熔后涂层孔隙率降低了67%,涂层的抗热震性能也显著提高。     

稀土硅铁对TBCs梯度热障涂层组织与性能影响的研究

通过低压等离子喷涂技术在Ni基合金表面制备了Y2O3－CeO2-TZP/NiCoCrAlY梯度热障涂层，采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、电子探针等方法研究了稀土硅铁对Y2O3－CeO2-TZP/NiCoCrAlY梯度热障涂层的组织和性能的影响。结果表明，在涂层中加入适量的稀土硅铁，能改善涂层的组织结构，提高其抗热震性能和抗高温氧化性能。     

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。     

纳米SiCw晶须/ZrO2复合热障涂层的制备与性能

运用微弧等离子喷涂制备了碳化硅晶须(SiCw)掺杂部分稳定ZrO2(YPSZ)复合热障涂层(CTBCs),对涂层进行了显微组织观察、EDS分析、XRD分析和抗热震性能试验.喷涂过程中,复合粉末里的部分SiCw在高温下分解产生的气体夹杂在熔融的颗粒内形成气孔,另一部分沉积在涂层中起到降低热应力和钉扎、桥联作用.结果表明,随着粉末中SiCw含量的增加,复合陶瓷层的孔隙率呈增大趋势;复合涂层的抗热震性能优于单纯氧化锆涂层,SiCw含量为20%的复合涂层的抗热震性能最优.     

高韧性过渡层对大气等离子喷涂热障涂层性能的影响EI北大核心CSCD

高温服役环境下,大气等离子喷涂(APS)制备的纳米结构热障涂层受热应力作用,黏结层/陶瓷层界面附近的陶瓷层内部易形成横向裂纹而导致热障涂层失效。利用常规大气等离子喷涂和超音速等离子喷涂(SAPS)制备8YSZ高韧性过渡层。结果表明,采用APS和SAPS制备的高韧性过渡层提高了扁平化粒子间结合状态和涂层致密度,相比常规结构8YSZ涂层的断裂韧性分别提高约46%和84%,高韧性过渡层均提高了复合结构热障涂层结合强度、抗热震性能和燃气热冲击寿命,SAPS制备的高韧性过渡层厚度为30~50μm时复合结构热障涂层抗热震性能最优,当高韧性过渡层厚度为10~30μm时,相比常规结构热障涂层燃气热冲击寿命提高120%。在温度梯度作用下,热障涂层最终失效由陶瓷层逐层剥落转变为靠近陶瓷层/黏结层界面处剥落。通过高韧性过渡层设计,兼顾热障涂层的隔热性能的同时,提高了热障涂层的结合强度和寿命。     

微弧等离子喷涂制备莫来石/金属复合热障涂层

运用微弧等离子喷涂制备了莫来石/金属复合热障涂层.研究了涂层的微观结构、结合强度、隔热性能和抗热震性能.复合涂层结构为莫来石颗粒被"包裹"在金属层片状结构中;涂层的结合强度大于30 MPa.随着涂层中莫来石含量的增加,涂层的隔热性能有所提高,随涂层表面温度的升高,涂层的隔热温度也不断提高,涂层的最高隔热温度为125℃.1 150℃的水淬热震试验表明,基体变形是导致涂层失效的重要原因之一,随着涂层中莫来石含量的增加,涂层的抗热震次数先增加后减小,粉末中莫来石含量为40%的涂层的抗热震性能最好,抗热震次数最多为72次.     

氧化锆热障涂层在液芯大压下轧机轧辊上的应用

利用有限元软件ABAQUS对热力耦合作用下热障涂层对液芯轧机轧辊应力场、温度场的影响进行分析;采用等离子喷涂方法在轧辊材料H13钢表面制备厚度0.5mm的氧化锆热障涂层,并对其进行激光重熔处理,研究等离子喷涂热障涂层和激光重熔涂层的硬度、抗热冲击性能。结果表明,热障涂层能有效降低轧辊表面温度和等效应力,缓解热冲击效应,延长轧辊使用寿命;相对于等离子喷涂涂层,激光重熔涂层具有更大的硬度和更好的抗热冲击性能,在提高轧辊使用寿命方面有着更好的前景。     

Mo基体上锆酸镧热障涂层的研究

利用自行研制的La1.4Nd0.6Zr2O7(LNZ)喷涂粉末,采用大气等离子喷涂在Mo基体上制备LNZ热障涂层.测试粉末的各项热物理性能,考核涂层的抗热震性能和高温隔热性能,并与常规氧化钇稳定氧化锆(YSZ)涂层进行比较.结果表明,与YSZ相比,LNZ由于具有热膨胀系数小、导热系数低、烧结速率低等特点而更适合在Mo基体作为热障涂层使用.     

不同厚度8YSZ热障涂层的结构及性能表征

目的探究厚度变化对8YSZ热障涂层结构、力学性能以及抗热震性能的影响。方法通过超音速火焰喷涂技术(HVOF)和大气等离子喷涂技术(APS)分别制备了Ni CoCrAlTaY粘结层和厚度为500μm、1.0mm、1.5mm的8YSZ陶瓷涂层,采用扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜和X射线衍射仪(XRD)对喷涂粉末和涂层的形貌、物相进行了表征,借助显微硬度计和万能材料试验机分别考察了涂层的硬度和结合强度,最后采用水淬法对涂层的抗热震性能进行了测试。结果不同厚度的8YSZ涂层均由非平衡的四方相(t′-YSZ)组成,且断面呈现出明显的层状结构。随着厚度的增加,涂层中逐渐产生了明显的网状纵向裂纹和边缘界面裂纹。涂层的表面和截面显微硬度都不随厚度的增加而发生显著变化,并且所制备的涂层在整个截面上的显微硬度都比较均匀。涂层的结合强度随着涂层厚度的增加而显著降低。热震试验过程中,三种厚度涂层皆以界面开裂的形式失效,且厚度越大的涂层热震寿命越短。结论 8YSZ热障涂层的厚度变化对其微观形貌、结合强度以及抗热震性能皆有显著影响,而对涂层的物相组成以及显微硬度无明显影响。     

纳米氧化锆热障涂层组织结构和抗热冲击性能分析

采用大气等离子喷涂技术制备了纳米氧化锆热障涂层和常规热障涂层.利用FESEM和XRD对纳米氧化锆热障涂层的组织结构和物相组成进行分析.系统研究了两种热障涂层的抗热冲击性能.微观组织分析结果表明,纳米氧化锆热障涂层展现出独特的纳米—微米复合结构,包括柱状晶和未熔融或部分熔融纳米颗粒.非平衡四方相是涂层的主要物相.抗热冲击性能试验结果表明,纳米氧化锆热障涂层拥有更为优越的抗热冲击性能,这主要得益于其相对致密的结构以及微裂纹、纳米晶粒、小孔径孔隙的应力缓释作用.热应力失效是涂层失效的主要原因.     

超音速火焰喷涂MCrAlY粘结层对热障涂层热震性能的影响

分别采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)和等离子喷涂技术(APS)在高温合金GH99上制备MCrAIY粘结层(BC),对比研究了HVOF和APS喷涂BC对热障涂层(TBC)热震性能的影响.结果表明:APS喷涂BC界面不平整,起伏较大,而HVOF喷涂BC界面较为平整.经200次热循环后,APS喷涂TBC部分陶瓷层(TC)出现剥落,而HVOF喷涂TBC仅出现细小的微裂纹,生成的热生长氧化物(TGO)比较厚.APS喷涂TBC经过350次热循环后,涂层出现大面积剥离现象.而HVOF热障涂层直到热震430次后,才出现涂层剥落现象.拉曼光谱(RFS)残余应力分析表明,HVOF热障涂层残余应力随热循环次数的增加而增大,热震350次后APS热障涂层残余应力为650MPa,而HVOF热障涂层热震400次后其应力值仅为571 MPa.可知,HVOF显著地提高了TBC的热震性能.     

热喷涂NiCr/Cr3C2、NiCrCoAlY、涂层的微观组织结构及抗震性能

研究分析了等离子喷涂NiCr／Cr3C2、NiCrCoAlY涂层的微观组织结构，并对2种涂层进行了显微硬度及抗热震性能实验。结果表明：NiCr／Cr3C2涂层的硬度高于NiCrCoAlY涂层．而NiCrCoAlY涂层的抗热震性能优于NiCr／Cr3C2涂层。     

等离子喷涂金属/陶瓷梯度热障涂层研究进展

热障涂层在众多领域具有重要的应用价值,但基体与涂层的物理性能不匹配是遏制其服役性能和寿命提高的主要原因。金属/陶瓷梯度热障涂层通过逐渐改变涂层内部的成分、结构,可有效地改善基体和涂层因物理性能突变而导致的界面失效问题。首先介绍了金属/陶瓷梯度热障涂层对比于双层热障涂层的独特微观结构,并简要分析了其具有明显性能优势的原因。随后总结了金属/陶瓷梯度热障涂层残余应力的具体分布、影响因素和模拟模型优化现状,重点从优化涂层制备工艺、改进喷涂技术、改善涂层设计三个方面,介绍了改善涂层性能的研究进展。其中优化球磨和喷涂工艺参数、模拟研究喷涂过程、改进喷涂技术的方式是通过提高涂层质量来提升其物理性能,而改变涂层成分分布形式、涂层层数和厚度主要是通过改善涂层残余应力分布和水平来提升其抗热失效能力。最后提出了进一步优化模拟模型、改进喷涂技术、创新涂层设计和完善机理研究,是未来等离子喷涂金属/陶瓷梯度热障涂层的重点研究方向。     

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。