等离子喷涂常规和纳米ZrO2-7％Y2O3热障涂层隔热性能

采用等离子喷涂工艺在TiAl合金表面制备常规和纳米ZrO2-7％Y2O3(质量分数)热障涂层,分析了两种涂层的组织结构,并对其隔热性能进行了比较.结果表明,等离子喷涂常规热障涂层呈典型的层状堆积特征,而纳米涂层为特殊的两相结构.相对于常规涂层,纳米涂层有较好的隔热性能;在1100℃时,等离子喷涂常规及纳米涂层的隔热温度分别为83、127℃.     

等离子喷涂纳米热障涂层热震性能

采用等离子喷涂工艺制备常规和纳米结构ZrO2-7%Y2O3热障涂层,比较两种涂层在850℃下的热震性能,并探讨其热震失效机理。结果表明,不管是首次出现宏观裂纹(局部剥落)还是达到热震失效,纳米结构热障涂层的热震次数都明显高于相应的常规涂层。相对于常规涂层,纳米结构涂层有较好的抗热震性能。等离子喷涂常规热障涂层的热震失效形式为大面积整体剥落,而纳米结构热障涂层热震失效形式为边角局部剥落。     

等离子喷涂纳米Al2O3/TiO2陶瓷复合涂层高温氧化和热震性能研究

采用等离子喷涂设备在H13热作模具钢表面制备含有不同质量分数TiO2的Al2O3纳米陶瓷复合涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、高温氧化试验、热震试验等手段研究等离子喷涂纳米涂层的相组成及其性能。结果表明,等离子喷涂使α-Al2O3转变为亚稳态的γ-Al2O3相,喷涂后涂层中Al2O3由α-Al2O3相和γ-Al2O3相组成,TiO2仍以金红石相存在。纳米AT20涂层比其他涂层具有更好的抗氧化性能;与其他涂层相比,纳米AT13涂层具有最佳的抗热震性能。     

等离子喷涂和激光熔覆热障涂层隔热性能比较

采用多种方法制备不同类型的Al2O3-13％TiO2热障涂层,即等离子喷涂常规涂层、纳米结构涂层及激光熔覆纳米结构涂层．在分析三类涂层微观组织的基础上,对其隔热性能进行了比较．结果表明,即等离子喷涂常规陶瓷涂层呈典型的层状堆积特征,纳米结构涂层都为特殊的两相结构,其中部分熔化区由类似的残留纳米粒子组成,等离子喷涂纳米结构涂层的完全熔化区为片层状结构,而相应的激光熔覆涂层的完全熔化区则为细小等轴晶．在相同条件下,等离子喷涂纳米结构热障涂层具有最好的隔热性能,而激光熔覆纳米结构涂层的隔热性能要好于等离子喷涂常规涂层．     

激光重熔YSZ热障涂层950℃的热腐蚀行为

研究了等离子喷涂热障涂层(TBCs)和激光重熔热障涂层在75%Na_2SO_4+25%NaCl (质量分数)熔盐中不同时间下的热腐蚀性能。通过SEM和XRD分析了热腐蚀后两种热障涂层表面和截面的微观形貌和物相组成。结果表明,未经过激光重熔的涂层在前50 h的热腐蚀过程中重量增加;在后续腐蚀过程中重量减小,100 h时腐蚀减重达到了6.8 mg/cm~2,同时出现了涂层剥落的现象;表面物相分析检测到ZrO_2和Y_2(SO_4)_3相。激光重熔热障涂层在热腐蚀过程中重量一直在增加;后期阶段趋于平缓,100 h时腐蚀增重为3.7 mg/cm~2;表面物相分析仅检测到ZrO_2相。激光重熔改善了热障涂层的抗热腐蚀性能。     

纳米ZrO2-Y2O3-La2O3热障涂层的结构与性能研究

采用喷雾造粒工艺在纳米ZrO2-8wt％Y2O3(8YSZ)基体中添加了纳米La2O3,并进行团聚、热处理,作为喷涂喂料.NiCrAlY(Ni-25Cr-5Al-0.5Y,wt％)作为粘结层材料,采用等离子喷涂技术制备热障涂层.对涂层的组织结构和性能进行了表征与分析.结果表明:喷涂后涂层相组成只有稳定的t相;涂层具有典型的等离子喷涂结构;添加纳米LaO3能够降低涂层的热导率,且涂层的结合强度随掺杂量的增多而提高.     

团聚及空心ZrO_2-7%Y_2O_3热障涂层性能（英文）

大气等离子喷涂ZrO2-7%Y2O3(7YSZ,Y2O3为质量分数)热障涂层广泛用于航空发动机热端部件以提高金属基体的抗腐蚀、耐高温、抗冲蚀等性能。采用超音速火焰喷涂(HVOF)以NiCoCrAlYTa粉为原料在高温合金K4169基体上制备了粘结层,通过大气等离子喷涂(APS)分别以团聚、空心7YSZ粉为原料在粘结层上制备了陶瓷面层。使用扫描电镜(SEM)和工业电子计算机X射线断层扫描技术(ICT)对团聚、空心粉热障涂层的微观结构进行观察分析,然后再对以上2种热障涂层的抗氧化、热震、结合、隔热等热物性能进行对比分析。研究结果表明:空心粉热障涂层陶瓷层中存在大量的微孔和裂纹;热障涂层陶瓷层中不同孔隙率对粘结层高温抗氧化性能没有明显的影响,但它有助于提高热障涂层的热震性能和隔热性能;此外,高的涂层孔隙率会导致空心粉热障涂层的结合强度低于团聚粉热障涂层。     

等离子喷涂纳米Al2O3-13TiO2陶瓷涂层研究

以常规和纳米团聚体Al2O3-13TiO2(ω/%,下同)复合陶瓷粉末为原料,采用等离子喷涂工艺在TiAl合金表面制备常规和纳米结构陶瓷涂层.用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)仪分析粉末和涂层形貌、微观结构及相组成,同时对纳米结构涂层的微观组织形成机制进行了讨论.结果表明:常规复合陶瓷涂层呈典型的等离子喷涂层状堆积特征;纳米结构复合陶瓷涂层由部分熔化区以及与常规等离子喷涂类似的片层状完全熔化区组成.根据组织结构的不同,部分熔化区又分为亚微米A12O3粒子镶嵌在TiO2基质相的三维网状或骨骼状结构的液相烧结区和经过一定长大但仍保持在纳米尺度的残留纳米粒子的固相烧结区,不同的部分熔化组织源于复合陶瓷粉末中A12O3与TiO2之间的熔点差异.由于等离子喷涂过程中涂层沉积时的快速凝固作用,不管是常规还是纳米涂层都以亚稳相γ-A12O3为主.     

激光重熔对TiAl合金表面等离子喷涂热障涂层耐热腐蚀性能的影响

分别采用等离子喷涂和等离子喷涂一激光重熔复合工艺在TiAl合金表面制备了热障涂层,研究了两种涂层在850℃：下75％Na2SO4＋25％NaCl（质量分数）熔融盐中的热腐蚀行为,进而分析激光重熔工艺对等离子喷涂热障涂层耐热腐蚀性能的影响。结果表明：激光重熔热障涂层可以有效地阻止熔融盐腐蚀介质进入涂层发生腐蚀,具有更优的抗热腐蚀性能和使用寿命。     

等离子喷涂纳米ZrO2陶瓷表面涂层的热震性能研究

对比研究了等离子喷涂Y2O3稳定的纳米与微米ZrO2涂层的组织结构及性能。结果表明，两种涂层有不同的相结构；纳米ZrO2涂层组织更加细密，铺展性更好，气孔率较低；两种涂层硬度相近；纳米ZiO2涂层的热震性能明显高于微米ZiO2涂层。     

等离子喷涂热障涂层高温风洞热震行为

采用等离子喷涂工艺制备ZrO2-8%Y2O3(质量分数,下同)陶瓷层,冷喷涂制备CoNiCrAlY粘结层,在高温燃气风洞条件下测试热障涂层的热震性能,并研究了高温氧化处理对试样热震性能的影响.结果表明,等离子喷涂热障涂层具有较好的抗热震性能,经过100次热震循环后,涂层与基体结合良好,涂层较为完整,未出现大面积的剥落;经过氧化处理后的试样抗热震性较差.     

纳米粉末对轴向等离子喷涂TiB2-Al2O3复合涂层的影响

采用三阴极轴向送粉等离子喷涂制备TiB2/Al2O3陶瓷复合涂层,其中一种喷涂粉末是自蔓延高温合成的常规微米级TiB2/Al2O3复合粉末,另一种是由TiB2/Al2O3复合粉掺杂质量分数10%的纳米Al2O3粉经喷雾干燥造粒制备的纳微米结构喂料.比较研究两种涂层的微观组织、耐磨性能,探讨纳米粉末对涂层的影响:扫描电镜、X射线衍射分析涂层微观结构和物相组成;转盘磨损试验测试涂层的耐磨性能.结果显示两种涂层表面洛氏硬度相当,纳米掺杂涂层组织致密性、耐磨性明显高于常规粉末涂层,以及TiB2的氧化产物TiO2含量低于常规粉末涂层.     

等离子喷涂纳米复合陶瓷涂层的组织结构及其形成机理

以Al2O3-13%TiO2(质量分数)团聚体复合陶瓷粉末为材料,采用等离子喷涂工艺在TiAl合金表面制备纳米结构陶瓷涂层.用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析粉末和涂层形貌、微观结构及相组成,讨论涂层的微观组织形成机理.结果表明:纳米结构复合陶瓷涂层由部分熔化区以及与常规等离子喷涂类似的片层状完全熔化区组成;根据组织结构的不同,部分熔化区又分为液相烧结区(亚微米Al2O3粒子镶嵌在TiO2基质相的三维网状或骨骼状结构)和固相烧结区(经过一定程度长大但仍保持在纳米尺度的残留纳米粒子);等离子喷涂使部分α-Al2O3以及全部θ-Al2O3转变为亚稳态γ-Al2O3;纳米结构复合陶瓷涂层中的完全熔化区、液相烧结区及固相烧结区分别由等离子喷涂过程中纳米团聚体粉末中温度高于Al2O3熔点、介于TiO2熔点到Al2O3熔点之间以及低于TiO2熔点区域沉积获得,纳米结构涂层中不同部分熔化组织源于复合陶瓷粉末中Al2O3与TiO2之间的熔点差异.     

等离子喷涂ZrO2热障涂层热冲击破坏研究

对比研究了等离子喷涂ZrO2梯度热障涂层及传统的双层结构热障涂层,选择NiCoCrAlTaY合金粉末作为热障涂层的粘结底层材料、7％Y2O3-ZrO2作为热障涂层的面层材料、不同比例的NiCoCrAlTaY与7％Y2O3-ZrO2(YPZ)复合粉末作为梯度过渡层材料,然后进行热冲击试验、金相分析及扫描电子显微镜形貌分析,结果表明梯度热障涂层热冲击寿命明显高于传统的双层结构热障涂层。     

Cr3C2-NiCr涂层的高温抗氧化和热耐腐蚀性

采用大气等离子喷涂技术制备Cr3C2-NiCr复合涂层,并对制备的Cr3C2-NiCr涂层试样进行800 ℃×100 h氧化和熔盐（Na2SO4+25 wt%NaCl）热腐蚀试验。利用X射线衍射仪（XRD）和带能谱的扫描电镜(SEM/EDX)分析氧化、腐蚀涂层表面和截面的成分及结构变化,探讨其高温氧化、腐蚀机理。结果表明：等离子喷涂Cr3C2-NiCr涂层具有层状组织结构,喷涂过程中无明显相分解或氧化。高温氧化后的Cr3C2-NiCr涂层表面及层片界面形成了连续、致密的Cr2O3保护膜,涂层表现出优异的抗高温氧化性能。在热腐蚀过程中,腐蚀盐破坏了涂层表面及层片界面形成的氧化膜,腐蚀性元素沿着涂层中的孔洞及层片界面扩散到涂层内部,涂层发生“活化氧化”,耐腐蚀性较差。     

激光重熔纳米Al2O3-13%TiO2陶瓷涂层组织及性能

为了进一步提高等离子喷涂纳米Al2O3-13%TiO2(质量分数, 下同)复合陶瓷涂层的性能,在γ-TiAl基体材料表面采用激光重熔工艺对涂层进行处理,研究了激光重熔对涂层微观组织和性能的影响.用扫描电镜(SEM)和显微硬度计分析了涂层形貌、微观结构和显微硬度,同时对涂层的磨损特性进行了考察.结果表明,等离子喷涂纳米陶瓷涂层由纳米颗粒完全熔化区和部分熔化区两部分组成,仍然具有等离子喷涂态的典型层状结构.经过激光重熔后,形成了致密细小的等轴晶重熔区、烧结区和残余等离子喷涂区,由于激光快速加热和快速冷却加工特点,在重熔区仍保留了部分来源于原等离子喷涂部分熔化区的残留纳米粒子.与常规等离子喷涂陶瓷涂层相比,纳米结构涂层可在一定程度上提高其硬度和耐磨性,经过激光重熔后其硬度和耐磨性进一步提高.     

激光表面重熔对ZrO_2-8wt%Y_2O_3热障涂层组织与抗热震性能的影响

采用等离子喷涂设备在H13热作模具钢表面制备氧化钇部分稳定的氧化锆(ZrO2-8 wt%Y2O3)热障涂层,并用CO2横流激光器对热障涂层进行表面重熔处理,并采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热震试验等手段研究激光重熔前后热障涂层的微观结构及其抗热震性能的变化。结果表明,重熔前后涂层均由四方结构钇锆氧化物和立方相的氧化锆组成,重熔后涂层结晶度增加,晶粒有长大现象。激光重熔后涂层产生明显分层,表层组织孔隙和裂纹明显减少,裂纹呈网状且沿晶界分布,重熔涂层内部仍保持等离子喷涂典型结构。激光重熔后涂层孔隙率降低了67%,涂层的抗热震性能也显著提高。     

Properties of Thermal Barrier Coatings Made of Different Shapes of ZrO2-7wt%Y2O3 Powders

大气等离子喷涂ZrO2-7%Y2O3 (7YSZ, Y2O3为质量分数)热障涂层广泛用于航空发动机热端部件以提高金属基体的抗腐蚀、耐高温、抗冲蚀等性能。采用超音速火焰喷涂(HVOF)以NiCoCrAlYTa粉为原料在高温合金K4169基体上制备了粘结层,通过大气等离子喷涂(APS)分别以团聚、空心7YSZ粉为原料在粘结层上制备了陶瓷面层。使用扫描电镜(SEM)和工业电子计算机X射线断层扫描技术 (ICT)对团聚、空心粉热障涂层的微观结构进行观察分析,然后再对以上 2 种热障涂层的抗氧化、热震、结合、隔热等热物性能进行对比分析。研究结果表明：空心粉热障涂层陶瓷层中存在大量的微孔和裂纹;热障涂层陶瓷层中不同孔隙率对粘结层高温抗氧化性能没有明显的影响,但它有助于提高热障涂层的热震性能和隔热性能;此外,高的涂层孔隙率会导致空心粉热障涂层的结合强度低于团聚粉热障涂层     

等离子喷涂用纳米结构Gd2Zr2O7 喂料的制备与性能

目的 稀土锆酸盐具有低热导率、优异的抗烧结性能和相稳定性,是下一代热障涂层和环境障涂层的理想材料。通过纳米粉体再造粒技术制备出等离子喷涂用高性能纳米结构球形喂料Gd2Zr2O7,以满足下一代热障涂层和环境障涂层的需求。方法 以Gd2O3与ZrO2粉体为原材料,采用纳米粉体再造粒技术制备出可等离子喷涂用的纳米结构Gd2Zr2O7喂料。利用SEM、XRD研究了固相烧结温度和时间对Gd2Zr2O7含量和晶粒尺寸的影响,分析了纳米结构Gd2Zr2O7喂料在不同纳米粉体再造粒阶段的微观形貌和相组成。同时,测定了纳米结构Gd2Zr2O7喂料的流动性、松装密度和振实密度。结果 纳米粉体再造粒技术可以制备出等离子喷涂用纳米结构Gd2Zr2O7喂料,喂料内部结构致密,球形度好,粒径为10~50 μm。在纳米粉体再造粒过程中,晶粒尺寸会随着烧结温度的升高而增大。在1 300 ℃烧结2 h生成的Gd2Zr2O7含量高,且晶粒尺寸小,为最优固相烧结工艺。等离子球化处理能有效地改善喂料的流动性。等离子球化处理后的喂料松装密度为2.09 g/cm3,振实密度为3.26 g/cm3,流动性为22.3 s/(50 g)。结论 采用纳米粉体再造粒技术成功制备出纳米结构Gd2Zr2O7粉体喂料。该喂料颗粒内部结构致密,外部表面光滑,球形度好,适合等离子喷涂,有望成为下一代热障涂层和环境障涂层。     

材料结构与制备工艺对热障涂层显微组织的影响

以常规和纳米团聚体ZrO2-7%Y2O3陶瓷粉末为原料,采用等离子喷涂和等离子喷涂+激光重熔复合工艺在TiAl合金表面制备了常规和纳米结构热障涂层。用扫描电镜(SEM)分析了粉末结构及制备工艺对涂层显微组织的影响。结果表明:用常规等离子喷涂法制备的陶瓷涂层为典型的层状堆积特征;而用等离子喷涂法制备的纳米结构涂层则由纳米颗粒完全熔化区和部分熔化区组成,呈两相结构。由于受到激光功率、能量密度、激光作用区温度场分布、陶瓷导热系数和涂层厚度等因素的综合影响,经激光重熔后,涂层呈现出明显的分层结构特征:上部为致密的柱状晶重熔区,下部为残余等离子喷涂区。由于激光重熔纳米结构涂层重熔区中残余纳米粒子的增韧作用,其晶界强度较高,从而导致断口有相当数量的穿晶断裂,而激光重熔常规涂层重熔区的断口基本是沿晶断裂。