超音速颗粒轰击处理对MCrAlY涂层氧化行为的影响

采用等离子喷涂(atmospheric plasma spraying,APS)技术在镍基高温合金(GH99)上沉积MCrAlY粘结涂层,并进行超音速颗粒轰击处理.研究超音速颗粒轰击工艺对MCrAlY涂层高温氧化性能的影响.利用扫描电镜、X射线衍射仪、辉光光谱仪对涂层的氧化物演化过程进行观察和分析.结果表明,表面超音速颗粒轰击处理后,涂层表面所生成的氧化物较细小,能快速形成致密连续的氧化膜,保护了粘结层中其它元素的进一步氧化,避免了Ni(Cr,Al)2O4等大颗粒氧化物的形成,延缓了涂层中裂纹的产生和扩展,有效地改善了涂层抗高温氧化性能.     

粉末致密度对碳化钨涂层结构特征的影响

利用超音速火焰喷涂技术将4种不同致密度WC10Co4Cr粉末制备成涂层。采用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、表面粗糙度仪等设备对涂层的微观组织、结构特征进行分析。结果表明,随着致密度的降低,团聚烧结型粉末与基体撞击后更容易铺展,碳化钨微粒分布变得更均匀,形成的涂层具有更低的孔隙率和表面粗糙度;但是随着致密度的降低,碳化钨分解率升高,形成更多的脆硬相,最终使得涂层断裂韧性下降。由此可知,致密程度影响粉末颗粒在热喷涂过程中加热、加速和铺展状态,从而影响涂层的结构特征。     

MCrAlY涂层高温氧化界面扩散行为研究进展

MCrAlY涂层在保护基体高温氧化和腐蚀方面发挥着重要作用,可在基体表面形成致密连续的氧化层,阻止阳离子和氧的扩散。随着氧化铝层的生长,导致涂层/氧化层界面处铝浓度降低,抑制了连续的Al2O3层的生长,导致混合氧化物和裂缝以及空隙的形成,使得涂层过早失效。在涂层和基体界面,真空热处理提高了界面的结合强度,改善了涂层与基体的粘附性。然而在高温下的界面扩散过程将对基体产生有害的影响。基体的难熔强化元素,如Ti,W,Mo,可以扩散到涂层中。而且相互扩散过程可在基体形成二级反应区（SRZ）,析出拓扑密堆相（TCP）相,如σ,μ和Laves相等,降低高温合金的高温疲劳寿命。在本文中,详细介绍了涂层/基体的界面扩散过程,以及总结了当前对界面扩散效应的理解以及对减少界面扩散所做的努力。     

电火花沉积MCrAlY涂层及其高温氧化行为

采用DZ-1600型电火花沉积设备在不锈钢表面电火花沉积MCrAlY涂层,研究了工艺参数对沉积效率的影响以及涂层的组织结构和抗氧化性能之间的关系.结果表明,沉积效率与输出功率成正比,频率对沉积效率几乎无影响.涂层表面呈"泼溅状"形貌,整体呈现纳米级微晶堆垛结构,反映了沉积过程的快速冷凝机制.XRD分析结果显示,高温氧化后在涂层表面形成的氧化膜主要由Al2O3组成.在1000℃空气中氧化200h的结果表明,获得的MCrAlY涂层具有优异的抗高温氧化与抗剥落性能.     

超音速火焰喷涂MCrAlY粘结层对热障涂层热震性能的影响

分别采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)和等离子喷涂技术(APS)在高温合金GH99上制备MCrAIY粘结层(BC),对比研究了HVOF和APS喷涂BC对热障涂层(TBC)热震性能的影响.结果表明:APS喷涂BC界面不平整,起伏较大,而HVOF喷涂BC界面较为平整.经200次热循环后,APS喷涂TBC部分陶瓷层(TC)出现剥落,而HVOF喷涂TBC仅出现细小的微裂纹,生成的热生长氧化物(TGO)比较厚.APS喷涂TBC经过350次热循环后,涂层出现大面积剥离现象.而HVOF热障涂层直到热震430次后,才出现涂层剥落现象.拉曼光谱(RFS)残余应力分析表明,HVOF热障涂层残余应力随热循环次数的增加而增大,热震350次后APS热障涂层残余应力为650MPa,而HVOF热障涂层热震400次后其应力值仅为571 MPa.可知,HVOF显著地提高了TBC的热震性能.     

热障涂层双层黏结层的高温氧化行为

采用箱式电阻炉研究了具有梯度热膨胀系数的（孔隙层+氧化层）双层黏结层结构热障涂层的高温氧化行为。采用气罩等离子喷涂在Inconel 738合金基材上制备60μm厚的孔隙层,通过超音速火焰喷涂（HVOF）在孔隙层上制备120μm厚的氧化层。在1000℃下对黏结层进行不同时间的高温氧化试验。结果表明,黏结层由孔隙层和氧化层组成;喷涂态孔隙层具有典型的层状结构,未出现明显氧化;喷涂态氧化层较为致密,内部弥散分布着细小的α-Al₂O₃颗粒;具有梯度热膨胀系数黏结层表面的热生长氧化物（TGO）生长速率显著低于传统黏结层,且不再遵循抛物线生长规律,而是以对数规律生长;由于生长速率缓慢,尽管在制备过程中消耗了部分Al元素,但在500 h范围内TGO仍然以α-Al₂O₃为主。      

高能高速等离子喷涂MCrAlY涂层的抗高温氧化性能

为提高Ni3Al基高温合金IC6的抗高温氧化性能,采用高能高速等离子喷涂设备在其表面制备了MCrAlY涂层,测试了1 000℃高温条件下经300h氧化后涂层的抗氧化性能。结果表明:300h试验后,涂层的单位面积氧化增重为5.584g/m2,氧化速率为0.019g/m2·h,达到了完全抗氧化级。分析认为:高能高速等离子喷涂工艺制备的MCrAlY涂层与基体结合紧密,孔隙、裂纹及氧化物夹杂含量少,有效的阻隔了氧气的扩散通道,使得氧化物的生长缓慢。同时在高温氧化过程中,涂层表面生成了大量的Al2O3膜,阻碍了金属原子与氧原子的扩散,降低了涂层的氧化速率。另外涂层中含有的Y及Y2O3增加了氧化膜的粘附性,对氧元素的扩散具有抑制作用。     

MCrAlY涂层对TiAl金属间化合物抗高温氧化性能的影响

研究了溅射Ｃｏ－３０Ｃｒ－６Ａｌ－０．５Ｙ及Ｎｉ－３０Ｃｒ－６Ａｌ－０．５Ｙ涂层对ＴｉＡｌ金属间化合物抗高温氧化性能的影响。结果表明，在９００℃－１０００℃范围内，ＣｏＣｒＡｌＹ，ＮｉＣｒＡｌＹ涂层表面由于可形成粘附性良好的Ａｌ２Ｏ３膜。大大改善了ＴｉＡｌ金属间化合物的抗氧化性能。     

超音速火焰喷涂包覆涂层的高温氧化性能

采用超音速火焰喷涂方法制备包覆涂层,进行空气中静态和循环氧化试验和扫描电镜分析,结果表明,涂层具有较好的抗静态高温氧化性能,在900℃×100h和1000℃×100h条件下,涂层无剥落现象发生,涂层具有良好的抗循环氧化性能.     

等离子喷涂热障涂层的高温氧化行为研究

采用等离子喷涂工艺在K38高温合金基体上分别制备了Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)和MgO稳定的ZrO2热障涂层(MSZ),利用热重分析、X-射线衍射和带能谱的扫描电镜等手段,研究分析了两种涂层在900℃和1000℃的高温氧化性能.结果表明:YSZ涂层和MSZ涂层在900℃都有较好的抗高温氧化性能:MSZ涂层在1000℃氧化时发生了相变,引起陶瓷外层开裂,影响了涂层的抗氧化性能和使用寿命,而YSZ涂层在1000℃氧化没有相变发生,表现出比MSZ涂层更佳的抗氧化性能.     

TiAl合金表面等离子喷涂MCrAlY涂层热腐蚀行为研究

研究TiAl合金表面等离子喷涂NiCoCrAl-Y2O3涂层在850 ℃下对75%Na2SO4+25%NaCl熔盐的热腐蚀行为,及对TiAl金属间化合物抗高温热腐蚀性能的影响。研究表明,在850 ℃,等离子喷涂NiCoCrAl-Y2O3涂层由于生成Cr2O3,NiO和NiCr2O4等各种氧化物组成的氧化层,显著提高了TiAl基体的抗热腐蚀性能。在热腐蚀过程中,S元素以Ni元素为载体,逐步渗入涂层中,生成过渡产物Ni3S2。随着O分压的升高,反应进入了氧化阶段,生成Cr2O3、NiO等氧化物,随着两种物质含量的增加,最后发生固相反应,生成尖晶石结构的NiCr2O4化合物。过渡产物Ni3S2与腐蚀介质中的Cl-离子形成微电池,可以加快热腐蚀反应速度     

超音速火焰喷涂涂层抗高温氧化和耐冲蚀性能

采用超音速火焰喷涂（HVOF）技术喷涂WC涂层，并对其抗高温氧化和耐冲蚀性能进行测定。试验结果显示，与基体1Cr12W1MoV比较，HVOF制备的WC-17Co、WC-12Co、NiCrBSi＋35WC涂层具有非常良好的抗高温氧化和耐冲蚀性能。其中WC-17Co涂层在任何冲蚀角度下均表现出优良的抗冲蚀能力，是一种理想的汽轮机高压部件防护涂层。     

超音速颗粒轰击处理对MCrAlY涂层TGO生长的影响

采用超音速火焰喷涂方法在镍基高温合金(GH99)上制备了MCrAlY涂层,并进行超音速颗粒轰击处理,研究了超音速颗粒轰击工艺对MCrAlY涂层显微结构和热生长氧化物(TGO)的影响.结果表明,通过表面轰击处理,增加了涂层中Al元素的扩散通道;高温氧化过程中MCrAlY涂层表面很快形成连续致密的Al2O3膜,保护了Ni,Cr等元素避免被氧化,从而避免了Ni(Cr,Al)2O4,NiO等大颗粒氧化物的生成;这样减少了涂层中的裂纹产生和扩展的可能性,从而提高涂层抗高温氧化性能.     

高压汽轮机等离子喷涂MCrAlY涂层的热机械性能

本文研究了两种不同的涂层；真空等离子喷涂的NiCoCrAlYTa和电镀的NiCoCrAlYTa，这些涂层都是沉积在AM3单晶合金上。研究了喷涂后单晶试样的拉伸和蠕变性能，从拉伸试验中测定了DBTT，蠕变试验是用圆柱型试样和薄的平板试样，所有涂层均在试验前后进行了检测。试验的两种涂层均诱发了塑性／脆性转变，拉伸速率对转变温度有较大的影响，两种沉积工艺之间的比较说明了涂层结构对塑性／脆性转变能强烈的影响。在薄的单晶试样上观察到了蠕变性能的明显降低，相反，圆柱型试样上的涂层对蠕变性能具有非常好的影响，以致提高有涂层薄试样的蠕变寿命。     

三种热喷涂WC-CoCr涂层的组织及腐蚀行为

采用超音速火焰喷涂(HVO/AF)方法在45#钢表面制备了三种WC-CoCr涂层.利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对涂层组织结构进行了表征.测定了涂层截面的维氏硬度,并在3.5% NaCl溶液中进行了涂层的动电位极化曲线测试.结果表明: 两种AC-HVAF喷涂层都含有较多的硬质相颗粒,并且其硬度值远高于另外一种HVOF喷涂层,约高60%～70%.组织较致密且涂层较厚的AC-HVAF喷涂层具有最高的腐蚀电位和最低的腐蚀电流密度.文中对三种涂层的腐蚀机理进行了分析讨论.     

超音速火焰喷涂制备Cr涂层及其高温氧化性能

目的 探索一种高效制备核电用包壳材料锆合金表面涂层的方法,以应对反应堆失水事故,提高核电安全性。方法 采用超音速火焰喷涂技术在Zr-4合金表面制备Cr涂层,高温氧化试验在1 200 ℃空气中进行,氧化时间30 min。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)研究Cr涂层氧化前后的结构和显微组织。采用划痕法测试涂层与基体结合力。采用金相显微镜(OM)观察划痕形貌。结果 采用HVOF技术可以在锆合金基体上制备的涂层主要为体心立方结构的金属Cr同时含有约21.9%密排六方结构(HCP)的Cr2O3。抛光可以减少Cr2O3至约10.1%。涂层由层状结构、未熔颗粒和少量孔隙组成。Cr2O3主要分布在层状结构中,未熔颗粒形成的不规则块状结构基本不含氧,主要为金属Cr。涂层与基体的结合力为77~94 N。喷涂工艺参数为煤油流量23 L/h、氧气流量880 L/h、喷涂距离330 mm的涂层样品结合力最高,为94 N。在1 200 ℃空气中氧化30 min后,涂层靠近基体界面处形成11~14 μm厚的连续致密层,而靠近界面处的基体衬度变暗,能谱信息显示含有Cr,因此判断该区域为Zr-Cr过渡层,厚度约为5 μm,说明存在基体与涂层的互扩散层,且Zr向涂层的扩散速率明显大于Cr向基体的扩散速度。有Cr涂层的Zr基体没有发生氧化,涂层内部也基本没有氧化,而没有涂层覆盖的基体氧化层厚度在120 μm以上。结论 采用HVOF可以在锆合金表面制备出结构致密、与基体结合紧密且抗高温氧化性能优良的金属Cr涂层。     

微观组织结构对NiCrAlY涂层抗高温氧化性能的影响

利用低压等离子喷涂(LPPS)和超音速火焰喷涂(HVOF)分别制备出具有两种典型组织的Ni Cr Al Y涂层,分别为层片状组织和粉末颗粒堆积结构。两种涂层的耐高温氧化性能试验在空气条件下进行,1 100℃分别保温5、10和20 h,以及在1 200℃和1 300℃分别保温10 h。结果表明,在1 100℃等温氧化条件下,层片状结构的LPPS涂层的抗高温性能优于颗粒堆积结构的HVOF涂层,并且随着保温时间的增加,氧化增重呈现抛物线形式增长。在1 200℃和1 300℃变温氧化过程中,颗粒堆积结构的HVOF涂层的抗高温氧化性能高于LPPS涂层。     

高性能纳米氧化锆热障涂层性能研究

采用HVOF 技术喷涂金属粘结层NiCrAlY 作为底层,采用APS 技术喷涂纳米氧化锆陶瓷层作为面层,制备高性能热障涂层。设计正交试验优化HVOF 和APS 工艺,分析了优化工艺制得的热障涂层的微观形貌及性能。分析表明,NiCrAlY 涂层孔隙率小于2%,纳米氧化锆涂层孔隙率为15%。通过胶膜法测得纳米氧化锆热障涂层喷涂态的结合强度为30.4 MPa,且涂层经1100 益水淬50 次后表面无宏观裂纹,热生长氧化层为致密的Al2O3。     

真空热处理双粘结层热障涂层抗氧化性能

传统单层结构粘结层热障涂层抗氧化性能不足寿命短,采用超音速火焰喷涂(high velocity oXy-fuel,HVOF)和大气等离子喷涂(atmosphere plasma spray,APS)制备双层结构粘结层,对粘结层进行真空热处理,研究热障涂层的抗氧化性能.结果 显示,经过1050℃×3 h真空热处理,粘结层...