热处理对等离子喷涂BSAS环境障涂层性能影响EI北大核心

采用自制的固相烧结BSAS粉体,利用大气等离子喷涂工艺在SiC基体表面制备Si/Mullite+BSAS/BSAS三层结构环境障涂层。通过扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射分析仪等研究环境障涂层在不同热处理温度下涂层的相结构、显微组织演变规律。结果表明:喷涂态BSAS涂层主要由单斜结构BAS相和非晶相组成;经过1100℃热处理后,涂层内部非晶相转变为六方结构BAS相;1200℃热处理后六方结构BAS相逐渐向单斜结构BAS相转变,在1300℃热处理后单斜结构BAS相的含量达到最大;随着热处理温度的进一步上升,出现鳞石英结构的SiO_(2)相和高钡含量的Ba3SiO5相以及副钡长石结构BAS相,1400℃热处理过程中发现硅液滴渗出的现象。     

大气等离子喷涂环境障涂层镀Al表面改性

陶瓷基复合材料(CMC)由于具有较低的密度(高温合金的1/3～1/4)、较高的服役温度(比高温合金高200～240℃)以及良好的结构强度(高温合金的2倍),已成为未来大推重比航空发动机热端部件的首选材料。发动机服役过程中,热端部件完全暴露于空气气氛中,服役环境恶劣,以Si C/Si C为代表的CMC部件直接面临着腐蚀、烧蚀、冲刷等问题,因此急需开展一类高性能CMC热防护涂层即环境障涂层(EBCs)的研究。通过大气等离子喷涂在SiC/SiC CMC基体表面制备硅/莫来石/硅酸镱(Yb2SiO5)三层结构EBCs。为提高EBCs服役性能,对涂层样品进行镀Al表面改性即采用磁控溅射技术在涂层表面镀Al全包覆,然后对其进行真空热处理。在高温低真空下,涂层表面Al膜发生熔融并在毛细管力的作用下往多孔涂层内部渗透并与Yb_2SiO_5发生原位反应,在涂层表面形成一层致密α-Al_2O_3层。对喷涂态及镀Al表面改性涂层进行典型模拟服役环境性能对比实验,发现镀Al表面改性EBCs具有较好的抗高温水氧及耐CMAS(CaO-MgO-Al_2O_3-Si O_2)腐蚀性能。另外,通过实验观察,原位形成的α-Al_2O_3致密层对涂层的热循环性能无明显影响。     

等离子喷涂ZrO2热障涂层的抗热震性能

为了进一步了解等离子喷涂ZrO2涂层的制备及失效控制措施,提高涂层的使用寿命,研究了涂层在水淬和火焰喷烧两种条件下的抗热震性能.结果表明:水淬条件下垂直裂纹主要分布在距涂层中心12mm范围内,随热震次数的增加,垂直裂纹最终进入次表层,靠近中心处裂纹扩展较快;火焰喷烧条件下垂直裂纹分布在距涂层中心10 mm范围内,随热震次数的增加,裂纹在表面层和次表层界面处发生偏转,中心处裂纹扩展较快;火焰喷烧条件下涂层的抗热震性能优于水淬下,涂层中孔隙的存在加速了两种条件下裂纹的扩展.     

大气等离子喷涂环境障涂层的预热处理致密化方法

环境障涂层(EBC)面层的高致密度对于保障EBC的抗水氧腐蚀性能、提高SiCf/SiC热端部件的服役寿命具有重要意义.本研究提出涂层致密化的预热处理方法,以大气等离子喷涂(APS)Yb2 SiO5涂层作为代表性材料,在涂层高温服役前进行1250～1450℃的预先热处理,显著提高了涂层致密度.通过不同结构孔隙的分类研究,阐明了EBC面层结构及性能在热处理过程中的变化规律,揭示了预热处理促使涂层内孔隙愈合的致密化机理.结果表明:喷涂态的Yb2 SiO5涂层内部存在3种缺陷,包括二维(2 D)形貌的片层内微裂纹、片层间微孔隙(统称2 D孔隙)以及三维(3 D)形貌的球形孔隙,因此致密度较低.在热处理过程中,2D孔隙逐渐愈合,在较短时间内大量减少,但3D球形孔隙未出现明显变化.预热处理过程中孔隙愈合的机理是:涂层内部晶粒不断长大,使得孔隙表面粗糙化,引发孔隙表面多点桥接,将原本连续的2D孔隙分割成若干段,并进一步球化.本研究提出的预热处理方法,为等离子喷涂高致密、抗腐蚀EBC的工程化应用奠定了理论基础.     

等离子喷涂碳化硼涂层的性能研究

采用等离子喷涂方法制备碳化硼涂层,用Ｘ射线鉴定涂层的相组成,测定了涂层的气孔率、气孔分布、涂层的结合强度,涂层的抗性震性能。试验表明,所制的涂层具有较低气孔率（７％）,较小的平均气孔径（０．８８μｍ）,较好的结合强度（１１ＭＰａ）和抗热震性能。     

等离子喷涂Sm2Zr2O7热障涂层及其性能

为研究稀土锆酸盐热障涂层的抗热震性能及隔热性能,以Sm2O3和ZrO2为原料,采用固相反应法制备了热喷涂用Sm2Zr2O7粉末,并采用大气等离子喷涂技术在LY12合金表面制备了Sm2Zr2O7热障涂层.利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等测试技术研究了Sm2Zr2O7粉末和Sm2Zr2O7涂层的微观组织结构、涂层结合强度和热导率.结果表明:制备的Sm2Zr2O7粉末主要呈短轴状,颗粒内部结合紧密,可满足热喷涂的需要;喷涂前后Sm2Zr2O7相成分没有发生任何变化,具有良好的相稳定性能;Sm2Zr2O7热障涂层组织结构致密,涂层的孔隙率约为14.31%,结合强度约为19.8 MPa;在相同的孔隙率下,Sm2Zr2O7涂层的热导率仅为YSZ涂层的37.6%和纳米YSz涂层的42.1%.     

等离子喷涂热障涂层隔热性能分析方法

热障涂层材料已成为现代高性能航空发动机的关键材料,而隔热性能一直是评价热障涂层性能的一个重要指标。首先基于傅里叶导热定律,推导出一维稳态温度场的解析表达式,并讨论了陶瓷层厚度、陶瓷层上表面工作温度和金属基底下表面工作温度对热障涂层系统隔热性能的影响。设计了一种比较新颖的实验测试方法,成功实现了对热障涂层系统内部不同位置的温度进行实时测试和保存实验数据。结果表明,各个温度采集点的实验测试结果与理论预测结果吻合很好,说明提出的实验测试方法可以有效评估不同类型的热障涂层材料体系的隔热性能。     

等离子喷涂碳化钨涂层的静摩擦性能

叙述了等离子喷涂碳化钨(WC)涂层与不同材料组成摩擦副的静摩擦性能.结果显示,摩擦副的静摩擦系数与偶件的表面粗糙度和显微硬度相关.与WC涂层配对的偶件材料的显微硬度越低,摩擦副的静摩擦系数越高;提高WC涂层的粗糙度以及降低与WC配对的偶件材料的粗糙度可有效地提高摩擦副的静摩擦系数.     

BSAS喷涂粉体制备工艺及其对涂层性能的影响

采用不同工艺制备BSAS(BaO-SrO-Al_2O_3-SiO_2)喷涂粉体。研究喷涂粉体特性及其对等离子喷涂工艺制备的环境障涂层结构和性能的影响。结果表明:粉体造粒工艺制备的BSAS喷涂粉体颗粒不均匀,流动性差。制备的涂层粗糙,孔隙率高,结合强度为24.1MPa;造粒烧结工艺制备的BSAS喷涂粉体表面圆滑,流动性好,沉积效率高。制备的涂层结构均匀,少孔隙,无裂纹,结合强度达到29.8MPa,涂层中BSAS相保留率最高,达到53.2%;熔融破碎工艺制备的BSAS粉体呈致密不规则块状,虽然流动性好沉积效率高,制备的涂层光滑且孔隙极少,但微裂纹较多,结合强度仅为14.2MPa,粉体经喷涂后发生相结构重组,BSAS相保留率为20.5%,对涂层的高温性能不利。分析认为,造粒烧结工艺制备BSAS粉体具有工艺过程简化、粉体质量好、相稳定性高等优点,更适合于等离子喷涂的要求。     

等离子喷涂MCrAlY涂层的高温氧化性能

采用大气等离子喷涂(APS)设备制备了两种含有不同氧化物(Cr_2O_3和Al_2O_3)陶瓷成分的MCrAlY (MCrAlY-CrO和MCrAlY-AlO)涂层,并使用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪及显微硬度计等仪器设备,分析了涂层的微观形貌、物相组成及硬度,并对两种涂层进行了高温氧化试验。结果表明:大气等离子喷涂得到的两种MCrAlY涂层中含有Cr_2O_3,Ni_3Al,Al_2O_3和部分非晶相,其结构为平行于涂层与基体结合面的层状结构,涂层中含有半熔化颗粒、微裂纹及灰黑色氧化物;在高温氧化试验中,MCrAlY-CrO涂层与MCrAlY-AlO涂层均表现出较好的耐高温氧化性能,这是因为在高温状态下涂层表面分别生成了铬和铝的氧化产物,对涂层起到了保护作用。     

大气等离子喷涂制备莫来石涂层的性能

采用大气等离子喷涂制备莫来石涂层,对涂层进行了热震试验。以OLYCIA m3图像分析软件测定涂层孔隙率,以MH-5-VM型显微硬度仪测定涂层硬度,依照ASTMC633-79标准测定涂层结合强度,以X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征涂层的相组成和微观形貌。结果表明,莫来石涂层主要由变形颗粒、未熔融粉末及少量孔隙组成,涂层中没有微观裂纹;涂层中含有莫来石晶体和部分非晶态玻璃相;热震过程中,涂层中的非晶转变为晶态莫来石,同时伴随应力释放,导致涂层出现微观裂纹。     

低压等离子喷涂铬涂层的性能表征

钼基材料可作为动密封环的基体材料,但其在高温高速条件下的硬度及耐磨性不够,必须在密封端面覆盖一层硬度高、耐磨性能优良、可靠性高的表面保护层--铬.目前在钼基材料上制备电镀硬铬镀层的技术还不成熟.为此,以低压等离子喷涂的方法,通过调整喷涂参数和喷涂气氛,特别是适当地控制空气分压,最终获得了均匀、致密并与基体结合良好的铬涂层.结果表明,最佳空气分压为8.0～16.0 kPa,所得涂层硬度高,耐磨性能优良.     

等离子喷涂ZrO2涂层隔热耐烧蚀性能研究

利用等离子喷涂方法制备了ZrO2陶瓷涂层。X射线衍射分析、扫描电镜分析表明涂层主要由立方相和四方相组成，涂层呈现层状结构，比较致密，但有孔洞存在。实验结果表明：ZrO2陶瓷涂层具有较好的隔热效果，隔热效果与火焰温度呈线性变化；在高温气流冲刷条件下的线烧蚀速率为0．044mm/s，质量烧蚀率为4．10g／s，基本为气流冲刷失效。     

超音速等离子喷涂PZT涂层的结构与性能研究

锆钛酸铅(PZT)是一种应用广泛具有优良压电性能的功能材料,采用超音速等离子喷涂的方法在45#钢基体表面制备了PZT陶瓷涂层,采用X射线衍射(XRD)对烧结粉末和PZT涂层相组成进行了检测,利用场发射扫描电子显微镜(SEM)对粉末和喷涂层形貌进行了观察,利用TEM透射电子显微镜对涂层的微观结构进行了分析,并对涂层的显微硬度以及介电性能进行了测试。结果表明,超音速等离子喷涂制备的PZT涂层表面平整,结构致密,孔隙率为1.6%,平均显微硬度为562.3 Hv,居里温度为370℃。     

等离子喷涂碳化硼涂层相组成和电学性能研究

采用大气等离子喷涂,在不同喷涂距离下制备了碳化硼涂层,研究了喷涂距离对碳化硼涂层的显微结构、相组成和电导率的影响．用EDS和XPS分析了涂层的相组成;扫描电镜观察涂层的显微结构;标准四探针法测量涂层的电导率．结果表明,喷涂距离不仅会影响碳化硼涂层的显微结构,而且会改变碳化硼涂层的相组成;等离子喷涂碳化硼涂层的表面电导率随温度的增加而增加,表现出明显的半导体特性;涂层表面电导率同相组成和显微结构密切相关,涂层中B₂O₃相含量越高,气孔率越大,则涂层的电导率越低．     

等离子喷涂制备碳化硼涂层

通过X射线衍射分析、光电子能谱仪和扫描电镜来分析等离子喷涂制备的碳化硼涂层的相组成和显微结构,用气孔率和显微硬度来表征涂层基本的性能．实验结果表明;对普通大气喷枪加以改进后,所得到的碳化硼涂层同国外采用高压等离子喷涂所得到的碳化硼涂层相比,具有更小的气孔率（3％～4％）和相接近的显微硬度（H_v＞28GPa）     

等离子喷涂抗菌羟基磷灰石涂层研究

以磷酸锆载银抗菌剂作为添加剂, 制备真空等离子喷涂抗菌羟基磷灰石(HA)涂层, 并对涂层的形貌、组成、结合强度以及抗菌性能进行研究. 结果表明, 添加抗菌剂的HA涂层形貌没有发生明显改变. 当添加剂含量较大时(10wt%), 涂层中出现少量反应产物CaZr(PO₄)₂与Na₆CaP₂O₉. 掺入抗菌剂之后涂层的结合强度呈上升趋势, 而且随着抗菌剂百分比的增加, 涂层结合强度随之增大. 含抗菌剂5wt%以上的HA涂层对牙龈单胞卟啉菌(Pg)、具核梭杆菌(Fn)及伴放线杆菌(Aa)具有明显的抗菌作用, 抗菌力大小依次为Pg>Fn>Aa.     

等离子喷涂氧化锆纳米涂层显微结构研究

利用大气等离子喷涂（APS）技术,在不锈钢基体上制备了氧化锆纳米结构涂层.运用XRD、SEM与TEM等分析手段对喷涂用粉末原料和涂层的显微结构、物相组成进行了观察和确定.实验结果表明,纳米氧化锆粉末经喷雾造粒后的颗粒粒径主要分布在15～40μm之间,流动性好,适合于等离子喷涂用.等离子喷涂氧化锆纳米涂层颗粒分布在60～120nm之间,晶粒发育良好.涂层物相由四方和立方相氧化锆所组成.氧化锆纳米涂层的气孔率约为7％,结合强度为45MPa。     

等离子喷涂-物理气相沉积Si/莫来石/Yb2SiO5环境障涂层

采用等离子喷涂-物理气相沉积技术(PS-PVD)在SiC/SiC复合材料表面依次制备了Si(底层)、3Al₂O₃-2SiO₂ (中间层)、Yb₂SiO₅(面层)环境障涂层(EBC)。利用扫描电子显微镜(SEM)观察分析EBC涂层表面与界面的微观形貌, X射线衍射仪对喷涂过程中易非晶化的莫来石涂层进行物相分析, 研究了喷涂粉末与高温等离子体的相互作用并探讨了EBC涂层的沉积机制。结果表明：通过PS-PVD技术可制备出低孔隙率、高致密界面的EBC涂层。通过观察EBC涂层表面, Si涂层表面无裂纹, 而莫来石和Yb₂SiO₅涂层表面均发现有微裂纹, 其中莫来石涂层表面的裂纹尺度大于Yb₂SiO₅涂层。三层结构的致密EBC涂层以液相沉积为主, 同时伴随有气、固沉积。在Yb₂SiO₅涂层沉积过程中, 液相沉积导致涂层为致密的层状结构, 蒸发后气相在等离子焰流中及基体表面发生均匀形核和非均匀形核导致涂层中出现大量的纳米晶粒, 而微熔粒子和溅射粒子则形成涂层中亚微米、微米晶粒。     

等离子喷涂纳米莫来石基复合吸波涂层性能研究

应用喷雾造粒技术制备了Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂、C与莫来石复合吸波粉末, 并采用等离子喷涂技术制备了复合吸波涂层. 在涂层沉积过程中, 吸收剂相的C发生反应, 滑石相高温氧化、分解, 生成原顽辉石. 实验结果表明, 结合强度随涂层厚度增加而降低, 0.8mm时达到2MPa. 并用小波分析方法得出涂层断裂源为晶界玻璃相. 涂层中新生成相的成分增加了涂层的介质损耗性能, 使得涂层的电磁波反射性能下降, 并向高频部分偏移, 随涂层厚度的增加, 反射率曲线向低频移动, 所制备涂层在0.8mm时在15～18GHz之间均小于-5dB.