EB-PVD 热障涂层的热循环失效机理

采用电子束物理气相沉积方法(EB—PVD)在NiCrAlY粘结层上沉积Y2O3部分稳定的ZrO2陶瓷层。对样品进行了1050C的热循环实验。结果表明，沉积态陶瓷层表面比较致密．其柱状晶粒簇拥成团，晶粒簇间存在间隙。随着热循环不断进行，陶瓷层表面变得疏松，晶粒簇间距增大，相邻较大的间隙互相连接成微裂纹。并逐渐横向及纵向扩展。1050C循环200次，粘结层氧化物是均匀连续的—薄层，主要由Al2O3组成；循环300次后,出现了NiO、尖晶石等氧化物。根据显微结构观察和EDS、XRD分析结果，提出了EB—PVD热障涂层热循环的失效机理。     

EB-PVD在热障涂层中的研究及应用

EB-PVD是以高能电子束为热源的一种蒸发镀膜技术.在真空的环境下,高能离子束轰击靶材(金属,陶瓷等),使其融化、升华、蒸发,最后沉积在基片上.由于EB-PVD技术具有蒸发和沉积速率高,涂层致密,化学成分易于精确控制,可得到柱状晶组织,无污染,热效率高,基片与薄膜之间有较强的结合力等诸多优点,已被广泛应用于国防和民用领域.本文介绍了EB-PVD技术在制备热障涂层时优势、不足与改进措施.     

EB-PVD热障涂层粘结层/TGO界面性能的研究进展

本文介绍了电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术制备热障涂层的界面失效行为,并在此基础上综述了活性元素对粘结层/热生长氧化物层(TGO)界面性能的作用机制.     

EB-PVD 热障涂层TGO中氧化物混合区的形成及其影响

研究了电子束物理气相沉积热障涂层在1150～30℃之间的循环氧化行为;分析了TGO中YSZ-Al2O3混合区的形成过程及其对TGO的生长与TBCs失效的影响.TGO的向外生长和TBC沉积时形成的YSZ细晶区是形成YSZ-Al2O3混合区的两个重要条件.YSZ-Al2O3混合区对TBCs失效的影响表现在加速TGO的生长和裂纹易在该混合区形成两方面.     

热障涂层材料

热障涂层可以降低金属基底的温度、提高油料的燃烧温度和燃烧效率,而且还可以防止金属基底的高温腐蚀,在燃气轮机和柴油动力方面都有重要的应用价值。适合于做热障涂层的材料非常有限,它们必须符合一些基本条件:高熔点、在使用温度和室温之间无相变、热膨胀系数与金属基底匹配、热传导率低、与金属基底结合好,等等。具有高熔点的化合物中的元素基本分布在元素周期表中的ⅡA(Be,Mg,Ca)、ⅢA(Al)、ⅢB(Sc,Y,RE)、ⅣB(Zr,Hf),以及C、Si、B、N之间的共价化合物。稀土氧化物的熔点都在2000℃以上、热传导率低、而且化学性质稳定,是重要的热障涂层侯选材料。稀土化合物的热膨胀系数与高温合金不仅接近,而且其随温度的变化趋势与高温合金基本平行。双陶瓷层热障涂层综合利用各种材料的优点,能大大延长涂层的热循环寿命,是热障涂层新结构的一个重要发展方向。     

EB-PVD制备YSZ涂层的热震性研究

用电子束蒸发镀膜的技术制备一系列不同微观结构的YSZ涂层,通过对涂层进行热震实验,测试50次热循环,通过SEM、XRD对涂层样品微观结构进行表征。通过实验和表征结果发现制备束流在350mA的情况下YSZ涂层样品的热震性能最好。对涂层失效机理进行讨论得出,涂层表面过于致密阻碍热应力的缓解,表面过于疏松加速氧气的渗入,加速TGO的生长导致涂层剥落失效。     

EB-PVD热障涂层对高温合金基体断裂特征影响的研究

采用EB－PVD方法在K3合金上（包括铸态和经标准热处理两种状态）沉积了由NiCoCrAlY金属粘结层和YSZ涂层顶层组成的双层结构的热障涂层,对未涂层和涂层试样的拉伸性能进行了评估,并分析了涂层的制备和中间处理过程中的基体的微观结构的变化。结果表明,在热障涂层的沉积以及中间处理过程中（真空前处理及后处理）,基体的铸态组织得到改善,产生了析出强化,使得在铸态K3合金基体上沉积热障兴层后基体的拉伸强度由800MPa提高到1050MPa,而在经过标准热处理的合金基体上沉积热障涂层对基体的力学性能几乎没有影响。     

大厚度热障涂层制备技术的研究进展

大厚度热障涂层的制备是现阶段研究的热点.综述了国内外厚涂层制备技术的研究现状,介绍了热喷涂和激光熔覆技术在大厚度热障涂层制备方面的探索情况,并阐述了激光多层熔覆热力耦合数值模拟的研究现状.     

影响热障涂层使用寿命因素的研究现状及展望

热障涂层(TBCs)技术已成为当今各国航空发动机推进计划中的3大关键技术之一,其涂层寿命的评估与预测是TBCs技术研究中的重要环节。简述了TBCs的失效形式和对影响其使用寿命关键因素的研究现状,旨在为建立寿命预测模型提供参考。     

陶瓷热障涂层制备技术及发展趋势

陶瓷热障涂氢用于燃气轮机的热端部件可显著提高其使用温度,延长部件的使用寿命,并增加发同的效率。介绍了制备陶瓷热障涂层的两种主要方法;等离子涂和电子束物理气相沉积技术。分析一热障涂层的剥落失效机理,并对热作层的隔热效果的研究进行了介绍。     

Microstructure and texture of EB-PVD TBCs grown under different rotation modes

The role of vapor incidence pattern (VIP) on the microstructure and texture of thermal barrier coatings (TBCs) produced by electron-beam physical vapor deposition (EB-PVD) is examined. Two distinct VIPs are induced by proper design of the substrate rotation mode. One is the sunrise–sunset pattern typical of conventional deposition on the curved face of a rotating cylinder (mode A), and the other is a conical pattern resulting when deposition is done on the cylinder base at an offset distance from the plume axis (mode P). These geometries afford fundamental insight on the processes of microstructure and texture evolution and also have practical implications to the variability of properties that may be expected between the body and platform regions of a turbine airfoil. Comparable deposition rates and thickness uniformity can be achieved by proper selection of the experimental geometry. Both coatings exhibit the typical 100 texture normal to the substrate, but mode A also yields a preferred in-plane orientation which is absent in mode P. The ensuing differences in column packing and tip shadowing yield lower densities and larger pipe-like inter-columnar voids in mode P. The absence of an in-plane evolutionary selection mechanism in the latter also leads to narrower columns than in mode A.     

Thermal conductivity investigation of zirconia co-doped with yttria and niobia EB-PVD TBCs

A technique used to improve the life cycle and/or the working temperature of the turbine blades uses ceramic coatings over metallic material applied by electron beam-physical vapor deposition (EB-PVD). The most usual material for this application is yttria doped zirconia. Addition of niobia, as a co-dopant in the Y₂O₃–ZrO₂ system, can reduce thermal conductivity. The purpose of this work is to evaluate the influence of the addition of niobia on the microstructure and thermal properties of the ceramic coatings. This new formulation will, in the future, be able to become an alternative to the composition currently used by the aerospace field in EB-PVD thermal barrier coatings (TBC). A significant reduction of the thermal conductivity, measured by laser flash technique, in the zirconia ceramic coatings co-doped with yttria and niobia when compared with zirconia–yttria coatings was observed.     

热处理对EB-PVD制备的TiAl/Nb复合材料微观组织的影响

对利用EB-PVD技术制备的TiAl/Nb微层板进行了热处理,分析了沉积态材料与热处理态材料的组织结构和物相的变化。热处理TiAl/Nb中态富Ti的TiAl层中成分沿沉积方向呈有规律的梯度变化但未形成周期,界面处的反应扩散区由B2相组成;TiAl层、扩散区和Nb层的显微组织形貌依次为含月牙形亚晶的柱状晶、细小等轴晶和粗大等轴晶;经1000℃/16h的真空退火处理后,Nb层和扩散区会因完全扩散而消失。     

EB-PVD工艺制备Ti/Ti-Al微层板的力学性能与增韧机制研究

为满足金属热防护系统面板材料的轻量化要求,以Ti-Al金属间化合物作为基体,以Ti作为增韧层,利用电子束物理气相沉积技术和双靶沉积方法,制备了Ti/Ti-Al微层板,并利用热压法对材料进行了致密化处理。采用纳米压痕法和常温拉伸试验对材料的力学性能进行了表征,根据断口形貌和结构特征,分析了材料的增韧机制。结果表明:添加金属韧化层使TiAl基合金的室温力学性能有所提高,微层板中的裂纹多次沿着层间界面或层中拐折,表现出良好的断裂延迟特性,其增韧机制则为韧化层的存在导致裂纹发生偏转、微桥接等使裂纹扩展阻力增加。     

Oxidation and Hot Corrosion of Gradient Thermal Barrier Coatings Prepared by EB-PVD

The performances of gradient thermal barrier coatings (GTBCs) produced by EB-PVD were evaluated by isothermal oxidation and cyclic hot corrosion (HTHC) tests. Compared with conventional two-layered TBCs, the GTBCs exhibite better resistance to not only oxidation but also hot-corrosion. A dense Al2O3 layer in the GTBCs effectively prohibites inward diffusion of O and S and outward diffusion of Al and Cr during the tests. On the other hand, an "inlaid" interface, resulting from oxidation of the Al along the columnar grains of the bond coat, enhances the adherence of AI2O3 layer. Failure of the GTBC finally occurred by cracking at the interface between the bond coat and AI2O3 layer, due to the combined effect of sulfidation of the bond coat and thermal cvcling.     

Oxidation and Hot Corrosion of Gadient Thermal Barrier Coatings Prepared by EB—PVD

The performances of gradient thermal barrier coatings (GTBCs)produced by EB-PVD were evaluated by isothermal oxidation and cyclic hot corrosion(HTHC) tests.Compared with conventional two-layered TBCs, the GTBCs exhibite better resistance to not only oxidation but also hot-corrosion.Adense Al2O3 layer in the GTBCs effectively prohibites inward diffusion of Oand S and outward diffusion of Al and Cr during the tests.On the other hand ,an “inlaid“ interface ,resulting from oxidation of the Al along the columnar grains of the bond coat,enhances the adherence of Al2O3 layer.Failure of the GTBC finally occurred by cracking at the interface between the bond coat and Al2O3 layer, due to the combined effect of sulfidation of the bond coat and thermal cycling.     

轧制三金属复合材料研究进展

三金属层状复合材料兼具了各金属组元的优势,能够满足多种复杂服役环境的应用需求,是现代科学技术进步的必然产物.将最为常见的轧制制备的三金属层状复合材料根据具体制备手段和最终实验效果的差异,分为了采用新型累积叠轧技术制备的类双金属颗粒增强金属基复合材料,以及利用常规轧制减薄技术制备的三金属层状复合材料.分别综述了这两大类目前主要的组合类型及其涉及的研究内容,可看出众多研究均是在最为原始的二元Al/Cu和Al/Mg复合基础上新加第三金属展开的.指出了三金属复合材料的开发是未来金属层状复合材料领域的重要研究方向,以及后续有待进一步解决的难点.最后,对三金属层状复合材料的发展前景和主要发展方向进行了展望.     

利用LiCl/DMAc技术制备纤维素包装膜的研究

主要研究以木浆为原料,以LiCl/DMAc为溶剂,制备可降解纤维素包装膜的技术与方法.通过改变浆粕浓度、凝固浴温度和浓度,可制备不同力学性能的纤维素包装膜.结果表明:纤维素浓度在7%时成膜性能最好;随着凝固浴浓度的增加,膜的力学性能先上升,后下降;相对于凝固浴浓度,凝固浴温度对膜力学性能有更大影响.     

电子束物理气相沉积工艺制备超薄高温结构材料的研究

介绍了包括热障涂层、高温合金薄板、金属/陶瓷及金属/金属间化合物微叠层薄板等金属热防护系统结构材料的特点,并简要介绍了电子束物理气相沉积设备的工作原理、结构及其工艺特点.着重评述了利用该工艺制备多种体系高温结构材料的研究现状,最后对未来的发展趋势作出了客观的评价与展望.