粘接相对YSZ基高温封严涂层沉积效率的影响

通过喷雾造粒法制备出含不同粘接相的B0（不含粘接相）、B1（氧化铝）、B2（钇铝石榴石）和B3（镁铝尖晶石）4种YSZ（Y₂O₃ partially stabilized ZrO₂）基团聚颗粒,对4种团聚颗粒的流动性、松装密度及粒径分布进行了研究。利用等离子喷涂技术制备了上述4组高温封严涂层,测量了各组粉末的沉积效率,分析了不同粘接相的粘接机理。结果表明,与B0型团聚粉末相比,B1、B2和B3型团聚粉末的流动性分别降低了6.94%、5.15%和25.2%,松装密度分别减少了2.85%、2.19%和7.67%,大粒度的团聚粉末所占比例分别提高了15.82%、6.65%和29.75%;B1、B2和B3型团聚粉末的沉积效率分别提高了75.80%,181.49%和59.21%。粘接相熔融后对未熔融YSZ粒子和未烧损聚苯酯粒子的黏附和包裹作用是提高涂层沉积效率的主要原因。由于钇铝石榴石粘接相熔点最低、粒度适中,得到的B2型团聚颗粒流动性最好,松装密度最大,大颗粒所占比例最小,因此B2型涂层具有最高的沉积效率。     

MCrAlYs高温封严涂层制备工艺的优化及其性能

采用真空等离子喷涂与大气等离子喷涂的复合方法在K77基体材料表面制备出具有三层结构的MCrAlYs高温封严涂层,分别测量了涂层的金相组织、结合强度、表面洛氏硬度(HR15Y)以及抗粒子冲刷能力等性能.研究结果表明:喷涂功率是影响高温封严涂层性能的关键因素,喷涂功率高,粒子熔化好、涂层结合好、抗粒子冲刷性能相对较高;但是喷涂功率过高,涂层表面洛氏硬度相对较高,使用过程中,涂层易对转子叶片造成磨损伤害.因此选择合适的喷涂功率以在涂层结合效果与表面硬度之间建立一个平衡是高温封严涂层应用的关键.研究发现:在试验范围内,31 kW为最合适的喷涂功率.     

高温封严涂层材料的基本性能研究与评价

为了提高飞机发动机用封严涂层的使用温度,适应发动机的迅猛发展,对能够在高温条件下使用的封严涂层材料进行了研究,自行设计制备了可磨耗封严涂层团聚粉末材料,使用等离子喷涂工艺成功制备了P7268涂层,随后对研制的在1 000℃以上环境使用的高温封严涂层P7268的基本性能进行探讨,并对涂层在1 000℃的高温稳定性和1 000℃～室温抗热震性能进行了试验.测试发现,P7268涂层在所测试温度具有良好的高温稳定性,具有较小的硬度变化,并且涂层的抗热震性能可以达到耐冷热循环50次.     

hBN含量对CuAl/hBN封严涂层高温磨损性能的影响

目的 研究hBN含量对CuAl/hBN可磨耗封严涂层在450℃下磨耗性能的影响。方法 利用大气等离子喷涂工艺制备原始粉末中hBN质量分数分别为10%、15%、20%、25%的Cu Al/hBN涂层。采用QUALITEST表面洛式硬度仪表征喷涂态涂层表面洛氏硬度。采用高温摩擦磨损试验机及场发射扫描电镜等方法,表征450℃下涂层及摩擦副的磨损形貌和质量磨损比,探讨涂层的磨损机理。结果 随着原始粉末中hBN质量分数由10%增加至25%,所制备喷涂态涂层的表面洛式硬度逐渐降低,分别为69HR15Y、56HR15Y、46HR15Y、36HR15Y。涂层与摩擦副之间的质量磨损比分别为-0.88%、-0.25%、-0.13%、-1.40%,在原始粉末中hBN质量分数为20%时质量磨损比更接近0,涂层磨耗性能更优异。涂层与摩擦副在相对摩擦过程中,主要以涂层的磨损剥落为主。在摩擦销接触面上同时观察到混合转移层,且随着涂层hBN含量的增高,接触面转移层质量先减小后增大,表面涂抹程度更加平缓,形貌起伏更加均匀。结论 低线速度条件下,摩擦热效应对涂层及摩擦副形貌及二者间的磨损行为的影响起关键作用。hBN组分理...     

火焰喷涂镍/石墨封严涂层热稳定性研究

采用火焰喷涂工艺制备了镍/石墨封严涂层,在500℃氧化性气氛中进行热稳定性试验.涂层力学测试结果表明:热稳定后涂层硬度上升,结合强度下降;随着热稳定时间的延长,涂层的硬度和结合强度趋于稳定.XRD、EDS和涂层微观组织分析发现:涂层热稳定300h后,石墨生成气体脱离涂层,造成镍基骨架暴露在高温氧化性气氛中发生氧化反应,导致涂层硬度上升,部分生成于骨架内部的条纹状氧化物割裂了基体的连续性,造成涂层结合强度下降.     

热循环对热障涂层力学性能的影响

通过纳米压痕仪测试了热障涂层(TBCs)在1050℃热循环不同时间后的弹性模量和硬度,从微观层面了解其高温力学性能变化.采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)等对涂层的物相和形貌进行了分析.结果表明:采用纳米压痕仪测得Y2O3部分稳定的ZrO2(YSZ)陶瓷层的弹性模量(Ei)在80-170 GPa之间,硬度在2.6-5.8 GPa之间.陶瓷层的硬度和弹性模量均随热循环时间增加而增加,在热循环初期,涂层的强度稍高,随着热循环时间的增加,涂层的强度减小,韧性变得更好.热循环后期,涂层的强度最大.同时,随着热循环时间的增加,划痕形貌发生了明显的变化.热障涂层的失效分析表明:由于氧化循环次数增加,YSZ发生了烧结,在热循环作用下样品内部的内应力升高,产生横向裂纹,从而导致柱状晶结构发生破坏而产生失效.     

超音速等离子喷涂沉积可磨耗封严涂层研究

采用超音速等离子喷涂沉积Ni-C及NiCr-BN可磨耗封严涂层,通过实验对比研究两种涂层的结合强度、表面硬度及在不同冲蚀角下的冲蚀磨损性能.结果表明:NiCr-BN涂层中的润滑相尺寸比Ni-C涂层更为细小;NiCr-BN涂层的结合强度及表面硬度均高于Ni-C涂层;NiCr-BN涂层的抗冲蚀性能要优于Ni-C涂层.     

NiCrAlYSi / h-BN 高温可磨耗封严涂层摩擦磨损性能研究

目的加入h-BN和团聚聚苯酯分别作为固体润滑剂和造孔剂,以提高NiCrAlYSi基封严涂层的高温摩擦磨损性能。方法采用真空熔炼雾化造粒和料浆喷雾造粒技术制备NiCrAlYSi/h-BN聚苯酯复合粉体,再利用大气等离子喷涂技术制备高温可磨耗封严涂层,通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、CSM摩擦磨损试验机和三维轮廓仪等手段,研究NiCrAlYSi/h-BN封严涂层显微结构、元素组成以及室温和800℃下的摩擦磨损性能,探究涂层在室温和800℃下的磨损机理。结果等离子喷涂NiCrAlYSi/h-BN封严涂层组织比较均匀,涂层结合强度可达15MPa,孔隙率约为32%。室温下封严涂层与DD6镍基单晶高温合金球间的平均摩擦因数为0.897,涂层磨损体积为2.09×10~8μm~3;800℃高温下平均摩擦因数为0.425,涂层磨损体积为3.22×10~8μm~3;封严涂层800℃下有良好的可磨耗性,相应对偶件的磨损较轻;高温下,封严涂层金属基相软化、h-BN的润滑作用和部分金属基相高温下生成自润滑性氧化物,是摩擦因数降低和对偶件磨损较轻的主要原因。NiCrAlYSi/h-BN封严涂层室温的主要磨损机理为涂抹、磨粒磨损和轻微氧化,高温下的主要磨损机理为切削、塑性变形、氧化和粘着磨损。结论等离子喷涂NiCrAlYSi/h-BN高温封严涂层在高温下的可磨耗性能较好。     

粉末粒径对等离子喷涂YSZ涂层孔隙结构的影响

目的研究粉末粒径对等离子喷涂YSZ涂层孔隙结构的影响。方法针对两种粒径的YSZ粉末,采用大气等离子喷涂方法制备了热障涂层并进行高温热循环处理。通过定量金相技术,分析两种涂层孔隙结构的差异及其在热循环过程中的演化规律。结果 45~60μm YSZ粉末制备的涂层的热循环寿命比15~25μm粉末制备的涂层高40%。两种涂层的孔隙结构具有明显差异。喷涂态时,粗粒径粉末涂层的孔隙率高于细粒径粉末涂层,两种涂层的孔隙朝向特征相似。预热处理后,两种涂层的孔隙率有所降低,然后随着热循环次数的增多又逐渐增大。热循环后,细粒径粉末涂层中,水平朝向的孔隙比例约为涂层总孔隙的三分之二,而粗粒径粉末涂层中则是垂直孔隙的比例高于水平孔隙。涂层中孔隙含量随其朝向角度的累积变化符合S型增长规律。喷涂态涂层的累积曲线形状相似,而热循环后,两种粒径制备的涂层的S型曲线向两个相反的方向偏移。结论粗粒径YSZ粉末制备的热障涂层抗热循环性能优于细粒径粉末制备的涂层。涂层中孔隙含量随其朝向角度的累积变化曲线的形状,反映了两种粒径制备涂层的孔隙朝向特征的差异。     

EB-PVD梯度热障涂层的制备及其热疲劳性能

采用ＥＢ－ＰＶＤ的方法,连续蒸发按一一分比混合的Ａｌ＋Ａ１２Ｏ３＋ＺｒＯ２混合源,在Ｎｉ基高温合金基体上制备了一种新型结构的热障涂层,ＳＥＭ和ＥＤＳ的观察、分析表明,这作层实现了由金属粘结层向陶资顶层的微观结构的梯度过渡和化学成分的连续变化。涂层的基本结构为ＮｉＣｏＣｒＡ１Ｙ／Ｎｉ３Ａｌ＋Ａ１２Ｏ３／Ａ１２Ｏ３ＺｒＯ２／ＺｒＯ２。这北度热障涂层在１０５０℃的抗高温氧化性能优于传统的二层结构的热障涂     

沉积温度对高性能TiAlN涂层微观结构和力学性能的影响

采用真空电弧离子镀（AIP）技术在不同沉积温度下TiAlN涂层,用于高性能制造,并研究了沉积温度与表面性能的关系。结果表明,由于离子轰击作用,表面大颗粒随沉积温度的升高而减少。随着沉积温度的升高,涂层表面的晶粒尺寸先急剧减小后逐渐增大。此外,沉积温度对合成涂层的相组成和化学成分影响不大。随着沉积温度的升高,硬度和粘结强度先迅速增加,后逐渐降低。当沉积温度在450℃左右时,沉积的TiAlN涂层硬度最高,粘结强度最大。上述现象的发生机理与沉积过程中表面与界面之间的微观组织和残余应力的变化有关。合成的涂层在高达900℃的空气中具有良好的热稳定性。     

CoNiCrAlY黏结层结构设计及其对热障涂层结合强度和抗热震性能的影响

目的 设计热障涂层黏结层结构,改善涂层结合强度和抗热震性能。方法 制备了5种结构的CoNiCrAlY黏结层,即超音速火焰喷涂(HVOF)底层+等离子喷涂(APS)上层的双层结构黏结层试样,对其进行1 050℃真空热处理3 h后的试样,APS黏结层试样,HVOF黏结层试样及其真空热处理试样。再在以上5种试样表面制备Y₂O₃部分稳定ZrO₂(YSZ)陶瓷层,研究黏结层的表面粗糙度、相组成、微观组织结构及其对涂层试样结合强度、热震性能的影响。结果 制备态的黏结层由γ/γ’和β-NiAl两相组成,真空热处理后β相含量增多,表面粗糙度下降。在所有涂层试样中,双黏结层的涂层试样的结合强度最低,为28.43 MPa;对其真空热处理后得到的涂层试样的结合强度最高,达到39.42 MPa,主要原因在于热处理促进了两黏结层之间的扩散,提高了界面强度。双黏结层的涂层试样的抗热震性能最好,200次热震后涂层无明显剥落,而APS黏结层的涂层试样的抗热震性能最差,涂层抗热震性能的差异在于黏结层微观结构的不同。结论 双黏结层的结构设计综合了APS、H...     

纳米氧化锆热障涂层组织结构和高温稳定性能分析

采用大气等离子喷涂技术制备了纳米氧化锆热障涂层.利用FESEM和XRD对纳米氧化锆热障涂层的微观组织和物相组成进行研究.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微观复合结构,包括未熔纳米颗粒和柱状晶组织.物相分析结果表明,纳米氧化锆热障涂层主要由非平衡四方相组成.纳米氧化锆热障涂层高温稳定性能试验结果表明,涂层晶粒度随着服役温度和服役时间的增加而增加,但仍保持纳米结构;涂层物相组成不随服役环境的变化而变化.     

电子束物理气相沉积热障涂层的高温氧化行为

采用电子束物理气相沉积（EB-PVD）在Ni-Cr-Al-Y粘结层上沉积Y2O3部分稳定的ZrO2陶瓷层（YSZ）,进行了900,1000,1100℃的恒温氧化和1050℃的循环氧化实验,用扫描电镜（SEM）,能谱（EDS）和X射线衍射（XRD）对样品进行观察分析,结果表明,恒温氧化最初20h,1100℃的增重比900℃和1000℃的都要小,热循环过程中产生的热应力和氧化物生长应力等导致粘结层氧化物（TGO）/NiCrAlY粘结层界面开裂,引起EB-PVD热障涂层失效。     

耐高温涂层封孔剂的制备研究

研究并制备了用于耐高温合金涂层封孔处理的水性无机硅酸盐封孔剂。对封孔前后涂层性能的测试表明：经过封孔后,大大增强了涂层耐酸、碱和盐水的性能,明显改善了封孔后的涂层耐高温腐蚀性能,高温涂盐腐蚀后增重明显降低。使用此封孔剂,不但对环境无污染,还可以延长耐高温合金涂层的使用寿命。     

基于刮磨温度的封严涂层刮磨形貌和黏附形态分析*

为了探究航空发动机可磨耗封严涂层与叶片在高速刮磨过程中磨损和黏附情况,使用大气等离子喷涂方法制备 AlSi-PHB 中低温封严涂层,对其进行高速刮磨试验,并对涂层和叶尖形貌和黏附形态进行研究。通过高速转子试验台测得刮磨过程中径向力和切向力并拟合刮磨温度曲线。采用共聚焦显微镜和扫描电镜设备获取涂层和叶尖表截面形貌、EDS 面扫描能谱以及涂层表面粗糙度,采用高精度电子秤测得涂层和叶尖失重量并计算失重速率,进一步佐证刮磨温度变化趋势。结果表明：高速刮磨时的单次切削量影响涂层失重速率,且产生不同的刮磨温度,刮磨温度影响叶尖黏附物状态;叶尖黏附物形态进一步影响刮磨后的涂层表面形貌,最终影响涂层封严性能。对高速刮磨过程中涂层刮磨形貌和叶尖黏附形态进行定性和定量分析,可为判断不同刮磨形态对涂层使用性能影响提供参考。     

EB—PVD梯度热除涂层的热循环失效机制

了一种新型梯度结构的EB－PVD（电子束物理气相沉积）热障涂层的热循环性能,并分析了涂层的失效机制,结果表明,由于NiCoCrAlY粘结层以及在粘结层上形成的Ni3Al薄层发生了选择性氧化,从而在粘结层和梯度过渡层之间形成了一层Al2O3层,随着热循环时间增长,Al2O3层不断增厚,而且在热循环应力作用下,涂层最终沿Al2O3层内部断裂失效。     

热障涂层研究进展

综述了热障涂层的设计思想和工作原理、部分稳定氧化锆陶瓷面层成分的选择、热障涂层制备方法及ＡＰＳ和ＥＢ－ＰＶＤ制备热障涂层的典型结构,分析热障涂层高温氧化等引起涂层破坏的因素。