C/C复合材料表面ZrB2基陶瓷涂层改性及抗氧化性能研究

为了提升碳/碳(C/C)复合材料的抗氧化性能,通过大气等离子喷涂技术在C/C-SiC复合材料表面制备了添加剂改性的ZrB_2陶瓷涂层,分别为ZrB_2-SiC、ZrB_2-TiB_2涂层,对涂层样品进行1200℃的氧化性能测试。结果表明,氧化5 h后,ZrB_2-SiC涂层仍有2.62 wt.%增重量,与ZrB_2涂层相比(氧化失重率为10.76 wt.%),ZrB_2-SiC涂层抗氧化性能大幅度提升,主要由于SiC的添加降低了涂层热膨胀系数,缓解热失配,提升了涂层结合强度,而且氧化后形成致密的硼硅酸盐熔融玻璃表面,填充了涂层裂缝、孔洞,为基材提供更为优异的抗氧化防护。而ZrB_2-TiB_2涂层表现出较差的抗氧化性,氧化5 h后,失重量达到18.76 wt.%,ZrB_2-TiB_2涂层极差的抗氧化性是因为TiB_2的引入改变了涂层的形貌,氧化后形成疏松多孔的组织结构,无法有效隔绝氧气。     

低压等离子喷涂 TaSi2/MoSi2 涂层组织结构及性能研究

采用低压等离子喷涂技术制备了 TaSi2/MoSi2 涂层。 通过 XRD、 SEM 、 EDS 等手段分析了涂层氧化前后 组织结构及相结构。 结果表明, TaSi2/MoSi2 涂层呈现典型的层状结构, 组织结构均匀致密 , 孔隙率为 3.1%; 涂 层由 TaSi2 和 MoSi2 两相组成, 喷涂过程中未发生相结构转变; 空气中 1650℃氧化 30min 后, 涂层表面生成致密 和玻璃态 SiO2 保护膜, 涂层具有良好的自愈合能力 , 表现出良好的高温抗氧化性能。     

硼化锆基复合陶瓷粉末制备及喷涂涂层抗烧蚀性能

超高温ZrB2/MoSi2 陶瓷涂层可有效提高C/C 陶瓷基复合材料抗高温烧蚀性能。采用喷雾干燥团聚造粒法 制备复合团聚粉末,然后采用等离子致密化工艺对团聚复合粉末进行致密化处理,研究了等离子致密化工艺参数 对处理后粉末性能的影响,经等离子致密化处理后,粉末松装密度及流动性均得到了明显提高,当送粉速率为 50 g/min 时,ZrB2/MoSi2 粉末松装密度及流动性分别为3.26 g/cm3 和21.5 s/50g,与团聚态粉末相比,松装密度及 流动性分别提高了108.97 % 和59.01 %,致密化处理后粉末的氧含量降低至0.05 wt.%,在等离子致密化处理过 程中ZrB2/MoSi2 复合粉末几乎未被氧化。对等离子喷涂涂层进行了烧蚀试验,烧蚀后涂层结构完整未发生剥落, 表明制备的ZrB2/MoSi2 涂层具有良好的抗高温烧蚀性能。     

等离子喷涂阻燃涂层性能研究

采用大气等离子喷涂工艺在TA15钛合金上制备了复合涂层,利用激光点燃法测量了复合涂层的阻燃性能,采用SEM、EDS对试样进行对比分析。结果表明:复合涂层在一定条件下具有阻燃作用,涂层厚度增加,阻燃性能增加;复合涂层主要是导热系数低,涂层吸收能量,减小基体对热量的吸收,同时阻止钛合金与氧接触机制来阻燃;TA15烧蚀后,主要为Ti的氧化物、少量Al的氧化物和Zr的氧化物,烧蚀中心发生Mo的氧化物挥发现象,复合涂层烧蚀后主要分四个区域。     

超音速等离子喷涂制备先进陶瓷涂层的特点

采用最新开发的第二代超音速等离子喷涂系统,通过工艺优化,制备了目前常见的几种陶瓷涂层(如ZrO_2/MCrAlY梯度功能涂层,Nano-ZrO_2涂层,Cr_2O_3以及Ti-Al金属间化合物涂层等),并采用SEM、EDS、TEM、XDR等手段对陶瓷涂层的组织结构进行了分析表征。结果表明,相对于传统的等离子喷涂,上述涂层的致密性和界面结合状态都得到了明显改善。     

大气和真空等离子喷涂钨涂层比较研究

应用大气和真空等离子喷涂技术制备钨涂层,对涂层形貌、氧含量、热导率、结合强度以及抗热冲击性能进行比较研究。研究结果表明,大气喷涂W涂层存在明显的氧化现象,而真空喷涂W涂层几乎没有发生氧化。与大气喷涂W涂层相比,真空喷涂W涂层具有更为致密的显微结构和较少的氧化物杂质,从而具有较高的热导率,与基体的结合也更加良好。通过高能电子束辐照实验,对涂层的抗热冲击性能进行考察,结果表明真空等离子喷涂W涂层具有较好的抗热冲击性能。     

等离子喷涂制备铁基复合陶瓷涂层的研究

以铝粉和氧化铁粉作原料,采用等离子反应合成技术制备出了金属颗粒增韧的FeAl2O4-Al2O3-Fe复合陶瓷涂层。研究分析了复合涂层的组织及其性能。结果表明：等离子反应合成得到了以层状基体相FeAl2O4与硬质相Al2O3为骨架,球状Fe相弥散分布于基体相上的复合涂层。复合涂层的断裂韧性和结合强度明显优于普通Al2O3涂层,特别是复合涂层的具有较高的耐磨性能。     

大气等离子喷涂氧化铝涂层制备和介电性能研究

采用大气等离子喷涂方法,在不同喷涂功率和喷涂距离下制备氧化铝涂层,研究了喷涂工艺参数变化对涂层显微结构、气孔率以及介电常数的影响。用SprayWatch 2I热喷涂在线监测系统测量等离子体射流中熔融氧化铝粉末的表面温度和飞行速度;用扫描电镜观察涂层的显微结构;对涂层剖面照片用莱卡QWIN图像软件分析计算了涂层的气孔率;用精密阻抗分析仪测量计算氧化铝涂层的介电常数。结果表明,喷涂功率和喷涂距离的改变可影响氧化铝涂层的气孔率。合适的功率和喷涂距离能使粉末获得良好的熔融和较快的飞行速度,形成致密的涂层。较致密的氧化铝涂层介电常数亦较大。     

超音速等离子喷涂纳米防污陶瓷涂层研究

以NiCr合金为底层,含防污成分的纳米Al_2O_3-13%TiO_2为面层,采用超音速等离子喷涂方法制备纳米防污陶瓷涂层。研究了不同工艺对涂层截面形貌、孔隙率、显微硬度及结合强度的影响,探讨了涂层的防污性能,获得了较优的喷涂工艺参数:Ar流量3.6～3.8 m~3/h,H_2流量0.4 m~3/h,电流400～420A,电压150V,喷距100mm,送粉量30g/min。采用较优超音速等离子喷涂工艺制备的纳米防污陶瓷涂层孔隙率可达0.8%,HV_(0.3)≥987,结合强度≥35.15 MPa,并且抗海生物附着性能优良。     

大气等离子喷涂制备Al_2O_3阻氚渗透涂层研究

在金属结构件上制备陶瓷阻氚渗透涂层是先进核反应堆的关键技术之一。本文采用大气等离子喷涂的方法在316L不锈钢上制备了Al2O3/NiCrAlY涂层,通过XRD、FESEM研究了Al2O3喷涂粉末和涂层特性,并对涂层的结合强度、阻氢渗透性能进行研究。实验结果表明:以α-Al2O3为主相的造粒粉末喷涂后,涂层沉积过程中产生部分γ-Al2O3;涂层体系各层界面结合良好,Al2O3层和NiCrAlY层之间的平均结合强度达到34.7MPa;600℃时Al2O3涂层的阻氢渗透因子为5065,氢渗透率降低3个数量级,Al2O3涂层具有良好的阻氢氚渗透效果。     

增强相对二硼化锆陶瓷基复合材料性能的影响

ZrB_2具有优良的物理特性和化学稳定性而应用于许多领域,为了改善ZrB_2难以烧结致密化和高温易氧化,本文通过共沉淀法制备包覆式A1_2O_3-Y_2O_3/ZrB_2复合粉体,并对其进行放电等离子烧结制备ZrB_2陶瓷基复合材料,研究增强相对ZrB_2陶瓷基复合材料性能的影响。研究表明:两种包覆型粉体在700~1000℃时出现一次大的收缩,然后出现一个不收缩的平台阶段,两种包覆型粉体当温度达到1000~1600℃之后出现第二次收缩。随着复合材料中增强相种类增多,复合材料块体更容易致密,随着Al_2O_3比例增大,复合材料块体更容易致密。通过包覆处理后的粉体制备所得复合材料断裂韧性高于机械混合所得原料制备的复合材料断裂韧性,在原料处理方式相同的情况下,含有YAG-Al_2O_3相的复合材料断裂韧性高于只含有YAG相的复合材料断裂韧性。通过引入YAG或YAG-Al_2O_3制备的复合材料与纯ZrB_2陶瓷相比,氧化层厚度都有所变薄,这也说明通过引入YAG或YAG-Al_2O_3可以改善ZrB_2陶瓷基复合材料的高温抗氧化性能。     

用烧结型粉末喷涂的镍铬-碳化铬耐磨涂层

镍铬-碳化铬涂层是航空发动机常用的高温耐磨涂层之一。本研究通过优化大气等离子喷涂工艺,用烧结型粉末制备了镍铬-碳化铬涂层。涂层显微组织均匀,氧化物弥散分布、孔洞及未熔颗粒较小。Cr3C2-30%NiCr涂层的拉伸结合强度不小于40MPa,显著高于Metco81VF-NS粉末喷涂的涂层,用两种粉末喷涂涂层的表面洛氏硬度及耐砂粒冲蚀性能相近。Cr3C2-30%NiCr涂层性能符合设计要求,喷涂工艺现已被用于某型号发动机的前轴承机匣零部件的喷涂生产。     

一种等离子喷涂Al/BN封严涂层

通过进行Al/BN面层粉末、NiAlW合金底层粉末喷涂工艺试验,确定了Al/BN及NiAlW粉末的化学成分和粒度分布,使其适合大气等离子喷涂的工艺要求,并制备出Al/BN可磨耗封严涂层。该涂层结合强度和布氏硬度适中,450℃耐热震性能良好,且在300小时以内组织稳定。销盘摩擦磨损试验结果表明,在室温下,涂层刮削性好,没有对GH2150变形高温合金摩擦销造成明显损伤;在450℃下,未对ВТ18У钛合金和GH2150摩擦销合金造成明显的磨损损伤,但其耐磨损性能有所下降。     

等离子喷涂 Cr2O3-TiO2/YSZ 高效热防护涂层 微观结构及性能研究

本文以 Cr2O3、TiO2 和 NiO 为原材料,通过喷雾造粒和烧结获得了由尖晶石结构 NiCr2O4 和钙钛矿结构TiCrO3 组成的 Cr2O3-TiO2 复合粉末。采用大气等离子喷涂技术在镍基高温合金表面制备 Cr2O3-TiO2/nano-YSZ 复合涂层,分析测试了复合涂层的微观结构、抗拉结合强度、抗烧蚀性能和高温热辐射性能。结果表明,Cr2O3-TiO2/nano-YSZ 复合涂层孔隙率较低,抗拉结合强度达到 29.2 MPa;经 1.5 MW/m2、600 s 氧乙炔火焰烧蚀后,Cr2O3-TiO2/nano-YSZ 复合涂层表面有轻微点状剥落,涂层内部结构完整,未发生失效。在烧蚀过程中,Cr2O3-TiO2/nano-YSZ 复合涂层隔热能力达到 426 ℃,比单一纳米 YSZ 涂层隔温能力高 146 ℃,基体温度比纳米 YSZ涂层低 335 ℃;Cr2O3-TiO2/nano-YSZ 复合涂层在 400 ℃和 750 ℃在 2~15 μm 波段内的法向发射率分别为 0.91 和0.89。     

SiC 添加相对 NiCr-Cr3C2 金属陶瓷涂层高温磨损性能的影响

本文利用超音速火焰喷涂技术 (HVOF), 在 G20 钢表面制备了三种不同 SiC 掺杂含量 (5wt.%、 10wt.%、 15wt.%) 的 NiCr-Cr3C2 金属陶瓷复合涂层, 并探究掺杂含量对涂层微观结构、 力学性能和摩擦学性能的影响。 利 用扫描电镜、 显微硬度计、 拉伸试验机对涂层的微观结构和力学性能进行了表征, 使用球盘式摩擦磨损机对三种 涂层在 400℃下的磨损性能进行了对比研究。 结果表明掺杂 5wt.%SiC 的复合涂层具有最好的力学性能, 其显微 硬度达到 812HV, 结合强度达到 71MPa。 但随着掺杂量的升高, 涂层的孔隙率增大, 涂层力学性能下降。 涂层 的抗高温磨损性能随着 SiC 掺杂量的增加先升高后降低再升高, 其中掺杂 15wt.%SiC 的复合涂层磨损率最低, 其 值为 1.053× 10-12m3/N·m。 在高温磨损环境中, 掺杂 15wt.%SiC 的复合涂层表面形成的 Cr2O3、 SiO2 等氧化物阻隔 了磨损表面之间的直接接触, 使涂层表现出优异的抗高温磨损性能。     

包埋法制备SiC涂层C/C复合材料及真空热处理对涂层的影响

采用Si、C及Al2O3粉末为原料,利用包埋法结合真空热处理在C/C复合材料表面制备SiC涂层.并利用XRD、SEM等测试手段分析真空热处理对涂层C/C复合材料的组织结构和力学性能的影响.研究结果表明:包埋粉料中Si含量为84.5%和87.0%(质量分数)时,所制备的SiC过渡层由β-SiC、α-SiC和Si三相组成....     

等离子喷涂高温润滑涂层的组织与力学性能研究

选取了具有优异的高温性能和一定的自润滑性能的高温镍基合金作为复合涂层基体材料,润滑相则分别从高、中、低温固体润滑剂中选取了Ag、CaF2、石墨（C）、MoS、BN为基本润滑组元;耐磨相则选用了在高温下具有良好的抗氧化性能及耐磨损性能的碳化铬（Cr3C2）硬质粒子,采用等离子喷涂技术制备了具有极佳相容性的高温润滑涂层。涂层的结合强度测定、硬度测定和扫描电镜分析均显示出涂层的梯度结构优于单层结构。梯度结构缓和了涂层内部的物理性能差异,不仪使涂层的硬度得到平缓过渡,而且使涂层的结合强度大大提高。有效改善了涂层的性能。