表面粗糙度对PS-PVD热障涂层陶瓷层沉积的影响

研究基于等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)工艺的沉积表面的粗糙度对YSZ陶瓷层结构的影响,初步阐明了表面粗糙度对陶瓷层气相沉积过程的影响和涂层结构的形成规律。采用PS-PVD工艺在预制有NiCoCrAlYTa黏结层的K417G高温合金上制备YSZ陶瓷层;采用SEM、粗糙度检测仪、3D表面形貌仪等方法分析PS-PVD YSZ陶瓷涂层的形貌和结构特征。基体表面粗糙度对PS-PVD涂层结构有很大影响。结果表明:当基体表面粗糙度分别为 R a≤2μm, 2μm< R a<6μm, R a≥6μm时,涂层粗糙度分别在3.5~5,6~10,10~15μm区间;特征表面形貌"菜花头"的直径随着基体表面粗糙度的增加而逐渐增大, d P=38.5μm, d 280S =25.5μm, d 60S =38.7μm, d 24S =102μm, d S=137μm。表面粗糙度主要通过PS-PVD气相沉积过程中的阴影效应来影响涂层生长和形成差异性结构,随着基体表面粗糙度的增加,YSZ陶瓷层受阴影效应影响增大,表面形貌"菜花头"尺寸和柱状结构间间隙增大,形成更加疏松的结构。     

热处理温度对LaMgAl11O19涂层热/力学性能的影响

大气等离子喷涂制备的LaMgAl₁₁O₁₉ (LMA)热障涂层无定型相含量较高, 会严重影响涂层服役寿命。通过900~1600 ℃不同温度热处理12 h, 研究晶粒尺寸和孔隙率等微观结构和无定形相含量对LMA涂层力学、热物理以及抗热震性能的影响。结果表明: 喷涂态LMA涂层具有900和1163 ℃两个结晶温度点。900 ℃热处理后, LMA涂层中含有较多的无定形相以及最高的孔隙率((18.88±2.15)%), 1000 ℃测试时,具有最低的热扩散系数(0.53 mm²/s); 由于重结晶和烧结作用使得无定型相含量和孔隙率降低, 1100~1400 ℃之间热处理的涂层具有较高的硬度(1100℃时达到最高值(12.08±0.58) GPa); 1300 ℃热处理的涂层中含有大量微米级片状晶, 具有较高的应变容限以及平均热循环寿命(588次); 热处理温度达到1500 ℃时, 由于片状晶平行堆叠, 晶粒厚度迅速增加, 孔隙率增加、力学性能显著降低。热震过程中由于热应力的反复作用, 涂层内出现晶粒破碎和裂纹扩展等现象, 导致涂层最终失效。     

双陶瓷层热障涂层的隔热行为有限元模拟研究

基于热传导、热对流和热辐射理论建立了双陶瓷层热障涂层不透明和半透明物理模型,采用有限元ANSYS软件模拟了稳态温度场。结果表明双陶瓷层在不透明时,随总厚度或顶层厚度增加,顶层上表面温度近似线性增加,第2层和粘结层上表面温度近似线性降低。在陶瓷层半透明条件下,衰减系数对各层温度有一定影响。在衰减系数很大时,各层温度与不透明情况类似;在衰减系数较小时,顶层上表面温度略低于不透明时,第2层上表面温度略高于不透明时,粘结层上表面温度先快速后缓慢降低并保持不变,且远高于不透明时,界面反射能降低各层温度。     

发动机用NiCoCrSi层表面爆炸喷涂制备8YSZ陶瓷层的组织与性能分析

为了提高发动机用310S不锈钢的高温氧化性能,首先通过等离子喷涂技术制备NiCoCrSi粘结层,然后采用爆炸喷涂的方式在粘结层表面制备8YSZ陶瓷层,通过试验测试的手段对比NiCoCrSi粘结层和8YSZ陶瓷层的微观组织及1 110℃/6 h时的高温氧化性能.研究结果表明:在NiCoCrSi粘结层表面区域形成了许多未熔...     

LaMeAl11O19/YSZ热障涂层热力学性能和热循环寿命

LaMeAl₁₁O₁₉陶瓷具有独特的晶体结构, 优异的热力学性能, 低热导率, 高温相稳定性等特点, 是一类非常有应用前景的热障涂层(TBC)材料。本研究通过大气等离子喷涂(APS)制备了LaMeAl₁₁O₁₉/YSZ (Me=Mg, Cu, Zn)双陶瓷层热障涂层。通过对涂层进行火焰热循环测试并结合扫描电子显微镜、X射线衍射仪等分析技术对涂层进行失效分析。结果表明, LaMgAl₁₁O₁₉ (LMA)、LaZnAl₁₁O₁₉ (LZA)和LaCuAl₁₁O₁₉ (LCA)粉末在等离子喷涂过程中发生了分解, 导致三种涂层中磁铅石相含量的差异, 从而影响三种涂层的热循环寿命。由于LaMeAl₁₁O₁₉层与YSZ层的热膨胀系数不匹配以及非晶相重结晶产生的体积收缩, LaMeAl₁₁O₁₉层从YSZ层上剥落。YSZ层暴露在高温下, 加速了烧结和TGO的生长, 又促进了YSZ层剥落。低温下, LaMeAl₁₁O₁₉的热导率随着Me原子序数增加而降低; 高温下, 与LMA和LZA相比, LCA涂层红外发射率最高(0.88, 600 ℃), 削弱了光子传导对热导率的贡献, 导致热导率降低, LCA在高温红外辐射涂层中具有潜在的应用价值。     

烧结硬化行为对双陶瓷层热障涂层服役寿命的影响

锆酸钆(Gd₂Zr₂O₇,GZO)在其熔点以下具有稳定的相结构,并且热导率较低,是替代氧化钇稳定氧化锆(yttria-stabilized zirconia, YSZ)成为热障涂层(thermal barrier coatings, TBCs)的陶瓷层部分的最有潜力的材料之一。但是,较低的断裂韧性制约着GZO的工程应用。为了实现GZO-TBCs的长寿命服役,制备了YSZ+GZO双陶瓷层TBCs,并通过分析涂层在高温下的结构演变规律来揭示双陶瓷涂层长寿命服役机理。结果表明,相比于单层GZO的TBCs, YSZ+GZO双陶瓷TBCs的热循环寿命提高了12倍。进一步研究GZO涂层在热循环过程中的失效行为,结果表明,GZO涂层在热循环后未发生相变,经1250和1450℃热暴露100 h后,其表观孔隙率分别下降了46.0%和59.8%,硬度则分别提高了79.0%和123.8%,且在热暴露初期变化较快,后期渐渐减缓。观察发现,GZO涂层在高温热暴露过程中层内纵向裂纹、层间未结合区域和球状孔隙等微观缺陷的逐渐愈合,导致涂层致密度提高、...     

热传导对双陶瓷热障涂层隔热效果影响研究

为了更好地设计双陶瓷热障涂层结构,考察在制备和服役过程中热导率的变化对隔热效果的影响,建立了双陶瓷热障涂层半透明数学模型,采用有限元ANSYS软件模拟了稳态隔热效果.结果表明:顶层陶瓷层的热导率增大降低了隔热效果,且随顶层厚度增加隔热效果降低幅度增大;第2层陶瓷层的热导率增大降低了隔热效果,且随顶层厚度增加隔热效果降低幅度减小;陶瓷层半透明且衰减系数很小时,顶层厚度增加,隔热效果先快速后缓慢增加至不变甚至略有降低,且远低于相同条件下不透明时.顶层陶瓷层热导率变化对隔热效果影响大于第2层陶瓷层.     

等离子喷涂Sm2Zr2O7/8YSZ热障涂层热冲击应力的数值模拟

热障涂层的热冲击应力对其热冲击性能有重要影响,有关其热冲击应力的研究鲜见报道.采用有限单元法研究了基体材质、厚度对等离子喷涂Sm2Zr2O7/8YSZ热障涂层水淬热冲击应力的影响,并与8YSZ涂层比较.结果表明:涂层内存在较大径向冲击热应力,其值随基体热膨胀系数增加而增大;随基体厚度增加,径向应力逐渐增加,厚度超过25 mm后对径向应力无影响;剪切压应力的绝对值随基体厚度增加而增大,基体厚度超过20mm后趋于稳定;基体厚度对轴向应力无影响;该涂层的抗热冲击性能优于传统8YSZ涂层.     

表面粗糙度对PS-PVD YSZ陶瓷层性能的影响EI北大核心CSCD

采用PS-PVD工艺在预制有NiCoCrAlYTa黏结层的K417G高温合金上制备YSZ陶瓷层;采用万能拉伸试验机、粒子冲刷仪、静态氧化炉等设备测试PS-PVD YSZ陶瓷涂层的结合强度、抗粒子冲刷和抗高温氧化性能;采用SEM和EDS分析涂层表面、截面形貌和元素分布等。结果表明:表面粗糙度对YSZ陶瓷层拉伸结合强度、抗粒子冲刷和抗高温氧化性能的影响很大。随着粗糙度的增大,结合强度先增大而后减小。Ra=0.40μm表面上沉积的YSZ涂层,其结合强度最高,达到23.5 MPa。拉伸断裂发生在涂层内部,并距离黏结层40~70μm的位置。随着表面粗糙度的增大,冲刷速率先减小而后增大,Ra=0.40μm涂层的抗粒子冲刷性能最好,冲刷速率仅为2.8×10^-3 g/g,表面起伏小和孔隙率低是涂层具有良好抗粒子冲刷性能的重要原因。不同表面粗糙度制备的YSZ涂层均能生成致密连续的热生长氧化物(TGO)层。粗糙度大则生长的TGO起伏大,更容易导致局部增厚和应力集中而失效。     

BaFe_(12)O_(19)/SiO_2微晶玻璃陶瓷的柠檬酸盐Sol-Gel合成及其微波性能的研究

采用柠檬酸 Ｓoｌ－ｇｅｌ工艺合成了 ＢａＦｅ12Ｏ１９／ＳｉＯ２微晶玻璃陶瓷,并对其介电常数及其磁导率在１００ＭＨｚ～６ＧＨｚ下的变化规律进行了研究.结果表明,ＢａＦｅ１２Ｏ１９／ＳｉＯ２微晶玻璃陶瓷的合成与体系中 Ｆｅ／Ｂａ、烧结温度密切相关;其介电常数、磁导率基本都随测试频率的增加而下降;介电损耗值最大达到０．４０,磁损耗值较小．     

V2O5+Na2SO4熔盐作用下(Gd0.9Sc0.1)2Zr2O7/YSZ热障涂层的热腐蚀行为研究

为评估(Gd0.9Sc0.1)2Zr2O7涂层的耐熔盐腐蚀性能,用等离子喷涂法制备了(Gd0.9Sc0.1)2Zr2O7/YSZ,研究了该涂层在V2O5+Na2SO4熔盐中的热腐蚀行为,将腐蚀条件为涂覆熔盐的涂层在700～1 000℃热处理2 h和10 h.结果表明:(Gd0.9Sc0.1)2Zr2O7涂层与 V2O5...     

热障涂层陶瓷层材料LnMgAl11O19(Ln=La,Nd)粉体的性能

用共沉淀法制备LaMgAl₁₁O₁₉粉体,证明了提高沉淀温度和pH值可使前驱粉体的性能明显提高。应用差热分析和X射线法研究了磁铅石相的生成温度和粉体的结晶度;使用Scherrer 公式并结合XRD谱计算了晶粒尺寸;用扫描电镜观察了各工艺参数的前驱粉体在1500℃时效5 h后的形貌;使用Malvern ZEN3600粒度仪和Manual measurement软件分析了粉体硬团聚的尺寸分布;用Nd₂O₃, Gd₂O₃, Sm₂O₃替代La₂O₃,研究了制备多种镁基六铝酸盐粉体的可行性。结果表明：在pH值为11.5、沉淀温度为60℃条件下制备的前驱粉体,其完全相变为纯LaMgAl₁₁O₁₉粉体的初始温度为1440℃,比在常温下沉淀的前驱粉体降低了150℃,磁铅石相的生成效率明显提高。在1500℃时效5 h的粉体其晶粒为纳米尺度。提高沉淀温度和pH值有利于减小晶粒尺寸和降低粉体的热导率。采用相同工艺参数可制备出纯NdMgAl₁₁O₁₉粉体,其晶粒尺寸略大于LaMgAl₁₁O₁₉粉体的尺寸。