Y-TZP/LZAS微晶玻璃功能梯度涂层残余应力的有限元分析

设计了Y-TZP/LZAS微晶玻璃功能梯度涂层,使用有限元软件分析了成分分布指数、梯度层数目和梯度层厚度等参数对涂层/基体界面残余热应力的影响。结果表明:功能梯度材料的最佳成分梯度指数为m=1;涂层最佳层数为3-5层;涂层最佳厚度为1-1.5 mm;涂层表层主要分布为径向压应力;在涂层/基体界面的边缘区域应力集中较为严重;涂层/基体界面处的径向应力、轴向应力和剪切应力与成分分布指数、梯度层数目和梯度层厚度有密切的关系。用涂搪法制备了梯度涂层,用X射线衍射法(XRD)测试了涂层表面残余应力,验证了有限元结果的准确性。     

Y-TZP/LZAS微晶玻璃功能梯度涂层残余应力分析

为了提高钢基体微晶玻璃涂层的韧性,设计了Y-TZP/LZAS微晶玻璃功能梯度涂层。运用有限元软件,分析了梯度层数目、梯度层厚度和层间3Y-TZP体积组分差等参数对涂层/基体界面残余热应力的影响。结果表明,涂层表层主要分布为径向压应力;在涂层/基体界面的边缘区域应力集中较为严重;涂层/基体界面处的径向应力、轴向应力和剪切应力以及梯度层数目、梯度层厚度和3Y-TZP体积组分差均有密切关系。最后通过涂搪法制备了梯度涂层,测试了涂层表面残余应力,并与有限元结果对比,以验证模拟的准确性。     

K2O对LZAS微晶玻璃微观结构及热膨胀性能的影响

采用DTA、XRD、SEM、TEC(热膨胀系数)等分析手段研究了加入K2O前后LZAS系统微晶玻璃的微观结构和热膨胀性能.结果表明,650℃晶化时,试样析出γⅡ-LZS和方石英晶体;725℃时,γⅡ-LZS逐渐转变为γ0-LZS晶体,并且出现β-石英固溶体;800℃时,β-石英固溶体转变为β-锂辉石固溶体,晶粒尺寸逐渐长大.制得微晶玻璃的热膨胀系数在(50～130)×10-7℃-1(20～500℃)之间,其大小取决于晶相的种类和含量.并且K2O的加入降低了玻璃的转变温度、粘度,抑制了玻璃的析晶倾向,增大了微晶玻璃的热膨胀系数.     

Q235钢基体LZAS微晶玻璃/Y-TZP梯度涂层接触应力的数值模拟

运用有限元软件对Hertz接触状态下Q235钢基体LZAS微晶玻璃/Y-TZP梯度涂层的接触应力进行了分析。讨论了梯度层厚度、梯度层层数和物性参数渐变方式(3Y-TZP体积组分差)对涂层接触应力分布情况的影响。结果表明:涂层的径向接触应力和Mises应力的最大值位于接触中心处,最大剪切应力则位于涂层表层下方靠近接触中心处;涂层表面径向应力、整体最大Mises应力和涂层/基体界面剪应力与涂层的层数、厚度以及3Y-TZP体积组分差均有密切关系。     

功能微晶玻璃的研究现状及发展趋势

功能微晶玻璃是由非晶态无机材料经受控晶化而获得的一类具有均匀致密微晶结构的新型功能材料。综述了具有良好的光学，电学，磁学和生物等功能的微晶玻璃的研究现状，探讨了功能微晶玻璃的发展趋势及值得关注的几个问题。     

BAS系微晶玻璃抗氧化涂层的制备与性能

利用2层不同软化温度和不同热膨胀系数的BaO-Al₂O₃-SiO₂(BAS)系微晶玻璃, 采用浆料涂覆—浸渍—多层共烧的方法制备了2种双层同组分和1种双层不同组分的C_f/SiC复合材料抗氧化涂层。3种结构的BAS系微晶玻璃涂层完整、 无明显缺陷, 涂层与C_f/SiC复合材料的结合状态良好, 有助于提高C_f/SiC复合材料的抗氧化性能。双层不同组分的BAS系微晶玻璃涂层在1200~1350 ℃范围内对提高C_f/SiC复合材料抗氧化性能的作用显著, 失重速率和失重量均明显减小。与未包覆涂层的复合材料相比, 包覆双层不同组分涂层的复合材料经历600次(每次保温10 min)热冲击后的失重降低了1/2~2/3, 保留的强度提高了7~15倍。      

双涂层和梯度涂层改善SiCf/Al界面性能的微观机制

研究双涂层（RD）和梯度涂层（RG）处理改善SiCf/Al界面和复合材料性能的微观机制。发现RD试样中纤维外涂层氮化硼（BN）阻档了Al向界面内层C的扩散，从而阻止Al,C脆性相的生成，同样RG试样中C，Si梯度分布阻碍Al,C脆性相的形成，故这二种涂层处理均较单C涂层较好地改善了界面和复合材料性能。     

Fe/Al2O3陶瓷梯度涂层的微观结构与性能

采用喷涂法和溶胶-凝胶法相结合的工艺,以FeAlNi混合粉体为过渡层材料在钢基体表面制备了Fe/Al2O3梯度涂层,并对其微观结构与性能进行分析.结果表明:当烧结温度为1220℃时,梯度涂层与钢基体的界面结合强度达到25.3MPa,涂层主要由α-Al2O3,AlFeO3和NiFe2O4等物相组成.Fe/Al2O3梯度涂层与钢基体的结合主要通过吸附与扩散化合两种方式共同起作用.涂层中没有明显的孔洞和平整的界面,且有树枝状组织生成,涂层与钢基体实现良好的结合,这表明涂层成分的梯度化设计能够有效地缓和界面处的应力集中,改善涂层与钢基体的界面结合状态,提高涂层材料的使用性能.     

金属/微晶玻璃复合涂层析晶行为对涂层抗高温氧化性能的影响

依据目前航空发动机核心热零件所遭受的严苛环境以及微晶玻璃涂层优异的高温防护性能,采用流涂法在航天发动机用镍基合金GH4586表面制备含镍的B₂O₃-Al₂O₃-BaO-CeO₂金属/微晶玻璃复合涂层(Ni/BABC)。利用差热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜/能谱分析(SEM/EDS)、增重法等测试手段,研究了不同形核剂和不同热处理工艺对B₂O₃-Al₂O₃-BaO-CeO₂组分微晶玻璃晶化行为的影响以及晶化行为对复合涂层抗高温氧化性能的影响。结果表明：4%(质量分数)ZrO₂作为形核剂能达到最好的形核效果,析出晶相为BaAl₂B₂O₇;微晶玻璃的最佳析晶工艺为650℃退火30 h,其退火时间越长,析晶率越高,30 h后析晶率趋于稳定,约为46%;微晶玻璃复合涂层对基体...     

超音速等离子喷涂制备纳米结构梯度功能热障涂层

开发了国内外独创的“双通道、双温区“超音速等离子喷涂的新工艺,分别将高熔点陶瓷粉末和低熔点合金粉末送入喷枪内孔等离子弧的不同温区,保证两种粉末都能在各自的熔点附近获得充分熔融,再均匀混合后以超音速喷射到基体形成涂层,克服了传统的“金属/陶瓷混合法“喷涂过程中高熔点陶瓷熔化不足,低熔点合金过熔、氧化、脆化的难题;同时,由于粒子超音速飞行,在射流中停留时间缩短,晶粒来不及长大,从而使得制备出的CeO_2-Y_2O_3部分稳定的ZrO_2陶瓷涂层仍保留了纳米晶尺寸;由此获得的CeO_2-Y_2O_3/NiCoCrAlY纳米结构梯度功能热障涂层中,陶瓷与金属组份呈连续梯度分布,组织均匀、致密,涂层的韧性、抗氧化性和抗热冲击性能都有明显提高。     

等离子喷涂 AP40生物活性玻璃陶瓷涂层的结构和性能

采用大气等离子喷涂技术，在TiA16V4基体上制备了AP40玻璃陶瓷涂层．利用光学显微镜、SEM和XRD分析技术对涂层形貌、显微组织结构和相组成进行了研究．探讨了热处理工艺对涂层组织结构及其性能的影响，并按德国DIN 50160标准进行涂层的拉伸强度试验．结果表明：等离子喷涂AP40玻璃陶瓷涂层在喷涂态，只有较低的结晶度．喷涂工艺对涂层的孔隙率和粉末沉积率有较大的影响．合适的热处理工艺可提高涂层的结晶度，减少孔隙以及提高结合强度．     

铜基体上制备ZrO2-NiCrAlY梯度喷涂层的组织及其性能

功能梯度涂层能提高涂层与基体问的结合力、耐磨性,以往对铜基体上喷涂功能梯度涂层的研究较少.用等离子喷涂法,在铜基体上制备了zrO2-NiCrAlY梯度涂层.利用扫描电镜对涂层的组织形貌、成分进行了分析,对涂层的结合强度和抗热震性能进行了试验研究,并对试样进行了高温扩散处理.结果表明,梯度涂层设计合理,实现了成分和组织的连续梯度变化;与双层涂层相比,梯度涂层的结合强度和抗热震性有显著提高,涂层的结合以机械结合为主,梯度涂层内部是基体-涂层体系中最薄弱的环节;600℃热处理后,基体与涂层之间出现了扩散层.     

Effect of TiC Content on Mechanical Properties and Microstructure Evolution of TiC/Inconel 718 Functionally Gradient Materials by Direct Energy Deposition

TiC/Inconel 718 functionally gradient materials are prepared by direct energy deposition technology. The effect of TiC content on microstructure and mechanical properties of TiC/Inconel 718 functionally gradient materials is studied. With the increase of TiC content, the microhardness and carbide grain of the specimen are improved, and the density is reduced. The grain of the specimen changes from columnar dendrites to equiaxed crystal, and the equiaxed crystal size is decreased with the increase of TiC content. However, when TiC content is above 10 wt%, the number and size of the Laves phase, coarse TiC primary, and TiC secondary dendrite are increased which causes the generation of cracks. When the TiC content is above 5 wt%, the size of carbide and the number of cracked UMT increase and the impact toughness decreases. Therefore, the optimal maximum TiC content of TiC/Inconel 718 functionally gradient materials is 5 wt% when the laser power is 2200 W.     

爆炸喷涂Al2O3陶瓷梯度涂层的组织与性能

用爆炸喷涂法制备了Ａｌ２Ｏ３与自熔性合金的陶瓷梯度涂层。结果表明,基体／Ｎｉ６０／２５％Ａｌ２Ｏ３＋７５％Ｎｉ６０／５０％Ａｌ２Ｏ３＋５０％Ｎｉ６０／Ａｌ２Ｏ３的陶瓷梯度涂层具有较好的结合力,较低的残余内应力及和缓的热应力,对粉末及涂层的ＸＲＤ谱分析表明,爆炸喷涂的Ａｌ２Ｏ３陶瓷涂层结构为γ－Ａｌ２Ｏ３,而其粉末结构为α－Ａｌ２Ｏ３,这说明在爆炸喷涂中存在相变过程。爆炸喷涂Ａｌ２Ｏ３陶瓷梯度涂层适合于工作环境较恶劣的热障耐磨涂层。     

一种新型云母玻璃陶瓷的切削行为与显微结构

研制的材料在650℃晶化得到40％的云母晶体(其余为玻璃相)时,弯曲强度为150MPa,可在高速车削条件下形成连续的带状切屑,第一次在普通车削条件下使脆性的玻璃陶瓷材料表现出延性的材料去除模式.试验结果表明,脆性材料的延性切削模式的实现是由于云母晶体对裂纹走向的引导和玻璃相的强烈的剪切变形能力的共同作用.切削后,可在750℃再次晶化,随晶体体积份数的增加,弯曲强度提高到210MPa.     

Ti-Al-N系功能梯度薄膜结合力的实验研究

用划痕法测试了不同成分的Ti-Al-N系功能梯度薄膜及其均质薄膜的膜基结合力。结果表明,Ti-Al-N系功能梯度薄膜的膜基结合力高于均质膜,且随着氮分压变化间隔的zk加,结合力逐渐zk大。基于膜基匹配及残余应力与结合力的关系,合理地解释了成分梯度对Ti-AI-N系功能梯度薄膜结合力的影响。     

等离子喷涂纳米Al2O3/TiO2复合陶瓷涂层的显微组织与性能

采用液相喷雾造粒方法将纳米级Al2O3/TiO2团聚成微米级颗粒,制备了适用于等离子喷涂的陶瓷复合粉体,并利用等离子喷涂技术成功的制备出了含有纳米结构的陶瓷涂层.利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和显微硬度计等设备对涂层的微观结构和性能做了初步的检测.结果表明,涂层中含有适当比例的未熔或半熔的纳米颗粒,涂层的硬度、韧性和耐磨性等性能与普通涂层相比都有了较大提高.     

有机梯度功能材料的研究

由聚合物、单体、添加剂组成的混合溶液液膜直接成型制得的有机梯度功能膜材料，经扫描电镜和力学性能检测表明，其结构完整性好，梯度组成较均匀，两聚合物材料间能牢固联接。加之是一步成型为梯度功能材料，所以工艺较简便，易制成实用规格的材料。     

功能梯度材料表面分形维数的研究

研究了等离子喷涂工艺制备的ZrO2/NiCrAl系功能梯度材料,测量了其水平面与垂直面的分形维数。结果表明,随着NiCrAl含量的升高,分形维数呈曲线变化,分形维数与抗弯强度具有较好的对应关系;在NiCrAl含量为30％附近存在渗流区域,抗弯强度值出现突变。对该材料的研究,初步建立了分形维数与宏观性能之间的关系。