EB-PVD热障涂层热循环性能评价方法研究

制备8批次EB-PVD双层结构热障涂层试样,采用循环加热快速冷却实验装置模拟热障涂层服役环境,开展了热障涂层试样在不同热循环保温时间条件下的热循环性能评价实验,采用指数下降的数学模型对热循环实验数据进行拟合分析,获得了表征热障涂层试样静态氧化性能和热疲劳性能的物理量.结果表明,在本实验工艺条件下制备的不同批次热障涂层试样的静态氧化性能和热疲劳性能具有不同的匹配关系,热障涂层试样静态氧化性能总体估计值为(677±194)h,热疲劳性能总体估计值为(6789±1818)次.     

EB-PVD热障涂层热循环性能评价方法研究

制备8批次EB-PVD双层结构热障涂层试样,采用循环加热快速冷却实验装置模拟热障涂层服役环境,开展了热障涂层试样在不同热循环保温时间条件下的热循环性能评价实验,采用指数下降的数学模型对热循环实验数据进行拟合分析,获得了表征热障涂层试样静态氧化性能和热疲劳性能的物理量。结果表明,在本实验工艺条件下制备的不同批次热障涂层试样的静态氧化性能和热疲劳性能具有不同的匹配关系,热障涂层试样静态氧化性能总体估计值为(677±194)h,热疲劳性能总体估计值为(6789±1818)次。     

EB-PVD工艺中粘结层厚度对热障涂层寿命的影响

采用电子束物理气相沉积技术在高温合金基体上制备不同粘结层厚度的YSZ热障涂层试样来分析粘结层厚度对热障涂层体系寿命的影响。对试样进行循环氧化试验以及热重分析来测试试样的热循环寿命和抗氧化性能。分别采用XRD、SEM和EDS对不同状态下的涂层进行相组成、微观形貌和成分组成分析。结果显示:热障涂层体系有明显的抗氧化作用,且抗氧化作用随着粘结层厚度的增加逐渐增强;粘结层的厚度对涂层体系的寿命影响显著,在特定的厚度范围内,涂层体系热循环寿命较长。综合各方面影响因素,得出本试验条件下粘结层厚度最优范围为50～70μm。     

电子束物理气相沉积热障涂层抗高温腐蚀性能的研究

对采用电子束物理气相沉积方法制备的MCrAlY涂层、双层结构热障涂层以及新型梯度结构热障涂层的高温氧化性能以及热腐蚀性能进行了研究。3种涂层均具有良好的抗高温氧化性能，但在950℃等温热腐蚀环境下，涂层的氧化速率加快，梯度热障涂层的增重小于NiCoAlY涂层，表明YSZ陶瓷层有助于提高NiCoAlY涂层的抗热腐蚀性能，但热循环寿命降低。     

等离子喷涂ZrO2-NiCoCrAlY梯度热障涂层的抗热震性及失效机理

研究了ZrO2-NiCoCrAlY热障涂层的抗热震性和热震失效机理.实验结果表明,梯度热障涂层能明显延缓热震裂纹的形成和扩展,具有较高的抗热震性.热震裂纹形成与扩展主要在粘结层与基体的界面处.随热循环次数的增加,热震裂纹可在表面陶瓷层内和陶瓷层与过渡层的界面处形成.实验表明热障涂层热震失效的过程主要是裂纹形成、扩展及涂层剥落,粘结层的氧化是导致涂层剥落失效的重要原因.     

Mo基体上沉积La_(1.4)Nd_(0.6)Zr_2O_7涂层的热循环失效机制

选择La1.4Nd0.6Zr2O7(LNZ)为面层材料,质量比为1∶1的Mo与LNZ复合粉末(ML)为过渡层材料,用等离子喷涂法在高温Mo合金上制备双层结构热障涂层(ML/LNZ)。研究该涂层在1200℃的热震行为,用XRD分析失效后涂层的物相组成,并借助扫描电子显微镜和能谱对热震后涂层表面不同位置进行观察比较。结果表明,涂层在1200℃下的热循环寿命非常短,涂层沿粘结层与基体的界面剥落。而高温下Mo的氧化及挥发性氧化产物(MoO3)与涂层之间的化学反应是导致ML/LNZ涂层快速失效的主要原因。与氧化钼具有良好的热化学相容性是选择Mo基体上热障涂层的首要条件。     

高温合金热障涂层的氧化和失效研究

评述了热障涂层发展的现状，研究了电子束物理气相沉积（EB－PVD）热障涂层的恒温氧化和循环氧化行为。结果表明：热障涂层 1000℃氧化稳定后，基本遵循抛物线氧化规律。循环氧化过程中，微裂纹优先沿陶瓷层柱状晶界形成，并逐渐沿横向及纵向扩展。热障涂层热循环过程中产生的热应力、氧化物长大应力等引起金属氧化物（TGO）／粘结层分界面多处开裂，最终导致热障涂层失效于TGO中或TGO／粘结层的分界面。     

电泳共沉积NiCoCrAlY粘结层制备及抗高温氧化研究

目的 分析研究Ni基合金与粘结层之间的扩散和界面反应规律,以及其对热障涂层的抗高温氧化性能和工作寿命的影响.方法 采用电泳共沉积、真空致密化处理,在K17镍基高温合金表面制备NiCoCrAlY粘结涂层,并进行1000℃×100 h抗高温氧化实验,采用XRD、SEM、EDS分析NiCoCrAlY粘结涂层在高温氧化过程中合金元素的扩散规律.结果 高温氧化动力学曲线表明,氧化100 h制备的NiCoCrAlY粘结涂层的氧化速率为17.2134 mg/cm2,远低于K17镍基高温合金的.Ni由涂层向基体内扩散,Cr和Co向外扩散,Al向界面处扩散.电泳沉积制备的NiCoCrAlY粘结层经真空致密化处理后,涂层均匀、致密,粘结层主要由Ni3 Al、Al3 Y5 O12、Cr23 C6以及α-Al2 O3等组成.结论 NiCoCrAlY粘结涂层的抗高温氧化性高于K17镍基高温合金,在高温氧化过程中,α-Al2 O3氧化膜提高了NiCoCrAlY粘结涂层的高温抗氧化性.Ti主要来自基体的缺陷中,随着高温氧化作用,获得了由基体向外扩散所需要的能量,并且同时与氧反应生成TiO,TiO容易在粘结层表面形成泡状物质,Ti的扩散对粘结层的致密度与均匀度造成一定的影响.     

EB-PVD热障涂层的结构演变与表面拉曼光谱特性

热障涂层被广泛应用于航空发动机和燃气轮机等高温部件,其破坏机理和无损检测手段是研究中急需解决的问题。采用EB-PVD方法制备了陶瓷层厚度分别为180、120和90μm的3组热障涂层试样,经1 000℃高温氧化0、1、10、50和100h后,用HR800激光显微拉曼光谱仪测得试样表面的拉曼光谱特性,利用扫描电镜(SEM)观测了试样内部裂纹及氧化层(TGO)厚度的演变。研究表明,EB-PVD热障涂层裂纹主要发生在陶瓷层内部及陶瓷层与粘结层的界面处,粘结层和基体界面处产生裂纹的概率相对较小;同等条件下,增大陶瓷层的喷涂厚度,可以减缓氧化层的生长速度,但是会增大陶瓷层表面应力;热障涂层表面残余应力会随着热氧化时间的增加而增大,当表面残余应力减小时表明陶瓷层中有明显的裂纹或脱落产生。     

表面强化对EB—PVD热障涂层的高温氧化性能及结合强度的影响

采用电子束物理气相沉积（EB－PVD）方法在DZ22合金基体上沉积制得了在NiCoCrA1Y粘结层和YSZ（Yt-tria Stabilized Zirconia)陶瓷顶层组成的双层结构的热障涂层。研究了NiCoCrA1Y粘结层表面的喷丸强化处理对热障涂层的抗氧化性能的影响,利用MTS测试了经等温氧化不同时间后的热障涂层内部的结合强度,并采用SEM和XRD观察和分析了涂层的界面结合以及相组成。结果表明,等温氧化后热障涂层内部的结合强度急剧降低,在位伸和剪切应力作用下,涂层沿着TGO（Thermally Grown Oxide）层内部断裂失效,强度为0．3MPa的表面喷丸处理能显著提高热障涂层的抗氧化性能和涂层内部TGO层的结合强度。     

THE INFLUENCE OF Mo DIFFUSION ON THE THERMAL BEHAVIOR OF TBCs ON Ni_3Al BASED ALLOY IC-6

Conventional two-layered structure thermal barrier coatings (TBCs) were prepared onto γ'-Ni3Al based alloy IC-6 by electron beam physical vapor deposition (EB-PVD). Isothermal oxidation and thermal cycling tests were carried out to investigate the effect of Mo content at the interface between bond coat and ceramic top coat caused by diffusion. It has been found that the alloy coated with TBCs presented the lowest oxidation weight gain value for the reason that the ceramic top coat in TBC system can effectively stop Mo oxides evaporating. The life time of TBCs has close relation with Mo content at the interface between the bond coat and top coat. Spaliation of ceramic top coat occurred during thermal cyclic testing when Mo atoms accumulated at the interface up to certain amount to decline the combination between the bond coat and top coat.     

垂直裂纹对EB-PVD热障涂层热循环失效模式的影响

对电子束物理气相沉积（EB-PVD）双层结构热障涂层在热循环过程中形成的陶瓷层垂直裂纹对涂层失效模式的影响进行了研究.结果表明,陶瓷层表面垂直裂纹出现在热循环初期,但并未造成涂层的早期剥落;随着热循环次数增加,垂直裂纹网格变密.有限元计算表明,垂直裂纹的形成在试样中部产生了类似于试样边缘的剪应力集中效应.经过长时间热循环后,当陶瓷层等轴晶区的强度或者热氧化生长层（TGO）的强度小于边缘效应产生的剪应力时,涂层在试样的中部以垂直裂纹网格形状发生剥落失效.     

爆炸喷涂技术制备热障涂层的研究

采用爆炸喷涂技术在M38G合金上制备热障涂层，分析了涂层的结构，形貌，显微硬度，并对涂层的氧化性能进行了研究，结果表明，爆炸喷涂制备的热障涂层均匀，致密，高温氧化过程中，陶瓷层与粘结层界面处生成了连续的Al2O3膜，使TBCs具有良好的抗高温氧化性。     

钢渗硼表面残余应力的数值分析

采用有限元法的平面轴对称分析模型，依据渗硼表面和界面特征，计算45钢在840－1050℃渗硼表面的热应力，45钢渗硼试样在外表面区边缘，FeB/Fe2B界面和Fe2B/钢基体界面呈张应力状态，且界面区存在着急剧的张应力和压应力的交替变化，计算与文献报道的实测应力分布规律一致，钢的渗硼表面搞张应力造成渗硼试样的表面开裂，硼化物的钢基体界面产生的微区塑性变形导致硼化物层剥落。     

聚晶金刚石热损伤层的研究

通过对聚晶金刚石在空气中差热(DTA)和热重(TG)曲线的分析，了解了其在空气中的氧化方式。继而利用扫描电镜对高频感应加热的复合片表面进行了观察，以了解其热损伤层的表面形貌和损伤深度。并据此确立了热损伤层深度与加热温度的对应关系。结果表明：(1)PCD受热时，主要是金刚石和金属钴与空气中的氧气发生放热反应，同时伴随着质量的损失；随着温度的升高，金刚石和金属钴的量都减少；(2)加热后PCD热损伤层是由钴氧化物的球状凸起，以及钴氧化物脱落后形成的微孔洞构成的；(3)热损伤层的深度与温度不成正比，在850℃左右有一最大值；对应于加热温度720℃、840℃、890℃，热损伤层的深度分别约为7μm、10μm和5μm。热损伤层的定量分析结果可以为热损伤层的去除提供理论指导。     

高密度脉冲电流对Cu单晶体驻留滑移带的影响

对含驻留滑移带（ＰＳＢ）的「１２３」取向的疲劳Ｃｕ单晶体,进行了高密度脉冲电流处理,结果表明,高密度脉冲电流处理产生的热压应力改善了ＰＳＢ－基体界面的应力集中状态,使驻留滑移带局部消失,理论计算同时表明,高密度脉冲电流处理能提高Ｃｕ单晶疲劳寿命。     

添加稀土引致的磷化膜变化与促进机制

用能谱与SEM分析，发现加入稀土硝酸盐(REN)后明显提高了无定形晶体Zn2Fe(PO4)2在磷化膜表面的覆盖率，而使得膜的耐蚀性能提高.此时膜内相关元素含量比例发生了变化：P增大,Zn减小，可见磷对膜耐蚀性的贡献比锌大.讨论认为，稀土硝酸盐是一个有良好载氧能力的催化剂，具有良好的成核促进作用和阴极去极化作用，从而能加速磷化并使膜的耐腐蚀性能提高.      

SnAgCu表面贴装焊点在时效和热循环过程中的组织及剪切强度变化

研究了SnAgCu/Cu和SnAgCu/Ni-P/Cu表面贴装焊点在时效和热循环过程中的微结构及剪切强度的变化,结果表明,SnAgCu与Cu的反应速率大于其与Ni-P的反应速率,经长时间时效后,SnAgCu/Cu焊点中SnAgCu与Cu的界面成为弱区,nAgCu/Ni-P/Cu焊点的剪切断裂则发生在Ｎi-P与Ｃu的界面,热循环过程中两种焊点均产生裂纹且强度下降,长时间热循环后Ｎi-P与Cu分层脱开,ＳnAgCu/Ni-P焊点失去强度。     

混合氧化物对等离子喷涂热障涂层热循环寿命的影响

采用梯度热循环试验与理论模型相结合的方式研究了混合氧化物对热障涂层寿命的影响。喷涂态热障涂层系统由Inconel 738基体、冷喷涂沉积的NiCoCrAlTaY粘结层(BC)及大气等离子喷涂制备的ZrO2+Y2O3(8%)陶瓷层组成。在1 150℃空气气氛条件下,经过保温20h制备了含有混合氧化物的涂层。每个热循环包括70s的加热,50s的保温及120s的压缩空气冷却。陶瓷层表面最高温度为1 150℃,此时250μm厚的陶瓷层隔热150℃。结果表明:涂层中存在混合氧化物时,其寿命显著降低,且涂层寿命降低程度与混合氧化物和α-Al2O3生长诱发的YSZ应变量,以及混合氧化物的覆盖率有关。与α-Al2O3相比,较高生长速率的混合氧化物易诱发YSZ产生较高的应变,过早地诱发涂层未结合界面扩展、合并,进而导致涂层快速失效。     

Degradation of bond coat strength under thermal cycling—technical note

Degradation in bond strength of plasma-sprayed thermal barrier coatings under thermal cycling was evaluated by tensile adhesion tests. The bond strength and failure mode for two types of bond coat materials were examined. Two bond coats having the same substrate and top ceramic coat behaved differently due to differences in the thermal mismatch stress at an interface between the metallic bond coat and the ceramic top coat.