添加剂对等离子喷涂Cr2O3涂层组织和耐蚀性的影响

采用等离子喷涂方法制备Cr2O3陶瓷涂层,研究了CeO2和SiO2添加剂对涂层组织和耐蚀性的影响。结果表明,在喷涂粉末中添加适量的CeO2和SiO2可降低涂层的孔隙率、减少孔洞尺寸,从而提高了涂层的耐蚀性。     

热障涂层热震失效寿命定量计算的研究

研究了热障涂层的热震失效,认为涂层热震失效的本质为应力疲劳失效．建立了涂层热震失效寿命理论计算公式,并用实验结果对公式进行了验证,证明公式能很好地拟合实验结果．提出了评价涂层抗热震性能的指标-临界热震温差范围△Tc．该工作为估算涂层寿命及减少实验工作量提供了理论依据．     

等离子弧喷涂Al2O3陶瓷涂层低温抗热震性能的研究

为研究等离子弧喷涂Al2O3陶瓷涂层的低温抗热震性能,对不同结构的涂层进行了600 ℃低温热震试验,并分析、探讨了涂层的热震失效机制.结果表明,Al2O3陶瓷涂层低温下热震失效是由层间裂纹或层内裂纹引起的.对于单一Al2O3涂层,涂层与基体的界面是最薄弱处,层间裂纹的萌生及扩展导致涂层自界面处脱落;对于有FeCrAl金属过渡层的涂层,层内粒子间的结合是最薄弱处,层内片层间裂纹的萌生、扩展导致涂层局部脱落.在陶瓷工作层与基体间增加金属过渡层可有效地缓和涂层界面处的热应力,阻碍裂纹的形成及扩展,从而提高涂层的抗热震性能.     

新型La_2Zr_2O_7环境障涂层的1300℃热冲击行为研究

采用化学气相沉积和原位合成工艺在Cf/SiC基体上制备了Si/3Al2O3·2SiO2/La2Zr2O7新型环境障涂层(Environmental Barrier Coatings,EBC),研究了EBC涂层在1300℃的抗热冲击性能。结果表明,涂覆Si/3Al2O3·2SiO2/La2Zr2O7涂层的Cf/SiC试样,在热冲击试验进行到121次时发生了过早剥落失效。试验过程中,3Al2O3·2SiO2中间层内的Al元素发生外扩散并在面层中发生反应生成LaAlO3,La2Zr2O7在1300℃高温热冲击环境下发生烧结和粉化,以及由于热膨胀系数差异造成的EBC涂层内残余应力的产生均是导致EBC涂层过早剥落失效的主要原因。     

多功能复合陶瓷涂层的组织与性能研究

本工作试验研究了用于机械,尤其是石油化工机械中的具有耐磨、耐蚀和耐热等多功能的陶瓷涂层。以氧化铬为研究对象,采用等离子喷涂技术,研究解决热喷涂陶瓷涂层中的三个主要问题,即涂层中的残余应力、微孔洞和层间界面的弱结合。为此,系统研究了喷涂工艺参数波动、涂层结构和添加剂对氧化铬陶瓷涂层组织和性能的影响及其相互关系;涂层的热震、磨损和腐蚀失效规律和机制;建立了陶瓷涂层抗热震失效寿命的表达式。结果表明,影响涂层性能最重要的工艺参数为电弧电流,其次为涂层厚度。从基体到陶瓷层,通过涂层成分逐渐变化可以制备梯度涂层,并且多层复合涂层的综合性能优于双层涂层,其中,四层阶梯复合涂层的综合性能最佳,其次是五层梯度涂层。在氧化铬材料中,加入3.0％氧化铈,可降低涂层中的孔隙率和孔洞尺寸,从而提高氧化铬涂层的综合性能;陶瓷涂层热震失效的本质为热疲劳失效。在滑动磨损条件下,涂层的磨损失效主要是循环接触应力导致的疲劳磨损。涂层的腐蚀失效是陶瓷层自身的化学腐蚀和粘结结层/基体界面的电化学腐蚀。试验结果证实了涂层热震失效寿命定量表达式的有效性和适用性。首先提出并定义的临界热震温差范围可作为评价涂层抗热冲击性能的指标和使用依据。     

纳米Si3N4和喂料等离子处理对等离子喷涂Al2O3-YSZ涂层抗热震性能的影响

Si3N4可以提高Al2O3-ZrO2涂层的力学性能和抗氧化性能,但其对Al2O3-YSZ(Y2O3部分稳定的ZrO2)抗热震性能的影响未见报道.采用等离子喷涂的方法在304不锈钢表面制备了Al2O3-YSZ涂层.在喂料制备过程中加入纳米Si3N4,然后对添加和未添加纳米Si3N4的喂料进行等离子处理,研究纳米Si3N4和喂料等离子处理对涂层在800℃和1 000℃下抗热震性能的影响.采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了涂层热震试验前后的形貌及物相的变化.结果表明:喂料添加纳米Si3N4和等离子处理的综合作用显著地提高了涂层的抗热震性能;与喂料未添加纳米Si3N4且未经等离子处理的涂层相比,喂料添加纳米Si3N4且经等离子处理的涂层在800℃和1 000℃条件下的抗热震寿命分别提高了0.7倍和1.1倍;热震过程中涂层发生了α-Al2O3到γ-Al2O3的相变;在1 000℃下热震,涂层中形成了较宽的裂纹,涂层抗热震性能明显下降.     

重力分离SHS法制备钢管Al2O3内衬耐热耐磨涂层的研究

采用重力分离SHS制备了钢管内衬Al2O3涂层,进行了力学、抗热震、耐蚀等性能测试,研究了管径、装料密度及不同含量SiO2、CrO3添加剂对涂层组织与性能的影响。研究结果表明,涂层主要物相结构为α-Al2O3+FeAl2O4相,添加剂SiO2和CrO3不改变涂层的主要相组成。反应过程中熔融金属Fe在钢管基体和内衬陶瓷层之间形成了一层金属过渡层。当添加2%SiO2+6%CrO3时,涂层孔隙率最小,硬度最大,抗热震性能最好,耐蚀性也较好,具有良好的综合性能。实验条件下,管径25cm、装料密度1.5g/cm3的内衬涂层硬度为1917HV,孔隙率为9.0%。     

稀土铈对热作模具钢TiN系离子镀涂层性能的改进

为了解决TiN涂层的膜/基结合力不够高和高温抗氧化性不足等问题,综合利用电弧离子镀和涂层合金化技术,在4Cr5MoV热作模具钢基体上制备了添加稀土元素Ce的TiN系涂层,测定了涂层的显微硬度、孔隙率、耐磨性及膜/基结合力,并做了恒温氧化试验和抗热震性试验,以研究稀土元素Ce对TiN,Ti(Al,V)N涂层的改性作用.试验结果表明,Ce的加入能提高涂层的耐磨性,显著提高涂层的膜/基结合力,使其高温抗氧化性和抗热震性明显改善,可大大提高4Cr5MoV钢涂层热作精密模具的使用寿命和使用效果.     

陶瓷／金属梯度热障涂层的制备及性能评价

为了评价陶瓷／金属梯度热障涂层的性能，设计了4种涂层方案和2种基体材料（1Cr18Ni9Ti和2Cr13）．利用单枪单送粉器成功地制备了线性梯度涂层．通过观察涂层的微观结构、测量涂层的抗热震性能和热残余应力来评价涂层的性能．利用扫描电镜对各种陶瓷涂层的微观结构进行了观察和分析，利用X射线能谱分析得到了陶瓷梯度涂层试样中的不同区域的衍射图．热震试验表明，梯度涂层比非梯度涂层具有更好的抗热震性能．采用钻孔法对不同涂层方案进行了残余应力的测量，结果表明，压应力出现在1Cr18Ni9Ti基体材料上，而拉应力出现在2Cr13基体材料上．     

细晶铈、镁复合稳定PSZ陶瓷的制备及性能研究

以工业ZrO2为主要原料,CeO2,MgO及α－Al2O3作为复合稳定剂及颗粒添加剂,采用机械球磨混合法制备粉料,进而在较低的固溶烧结温度（≤1550℃）下,经1100℃适当时间热处理,制备出具有较好力学性能的细晶PSZ陶瓷材料,其室浊度约655MPa,断裂韧性在15MPa.m^1/2左或,所制备细晶PSZ材料的临界热震温差△Tc在750℃左右,其中微裂纹增韧机制的存在对材料的抗热震性有积极作用,在（180℃,1MPa）水热条件下,采用CeO2作为复合稳定剂的PSZ陶瓷材料具有较好的抗水化性能。     

Thermal Conductivity Measurement of an Electron-Beam Physical-Vapor-Deposition Coating

An industrial ceramic thermal-barrier coating designated PWA 266, processed by electron-beam physical-vapor deposition, was measured using a steady-state thermal conductivity technique. The thermal conductivity of the mass fraction 7 % yttria-stabilized zirconia coating was measured from 100 °C to 900 °C. Measurements on three thicknesses of coatings, 170 μm, 350 μm, and 510 μm resulted in thermal conductivity in the range from 1.5 W/(m·K) to 1.7 W/(m·K) with a combined relative standard uncertainty of 20 %. The thermal conductivity is not significantly dependent on temperature.     

耐磨复合磷化膜的研制

按磷化的成膜机理，设计了复合磷化液配方，进行了多种实验，研究了多种金属离子如K^ ,NH4^ ,Na^ ,Fe^2 ,Mn^2 ,Zn^2 ,Ca^2 ,Sb^2 ,Cu^2 ,Ni^2 的含量，温度，酸比等工艺参数对磷化成膜的影响，结果表明，复合磷化克服了常规磷化的不足，磷化膜耐磨性能好，复合磷化膜具有好的热稳定性及耐磨抗磨性能。     

Ni-P-PTFE化学复合镀层导热性能的研究

采用Ni-P-PTFE化学复合镀对铜管进行表面处理能有效减少污垢在换热表面上形成。然而,在实际应用上,复合镀层对铜管导热性能的影响是必须考虑的问题。实验利用热阻法对铜基Ni-P-PTFE复合镀层的导热系数进行测量,并利用Wilson plot方法处理数据最终得到Ni-P-PTFE复合镀层的导热系数。分析了镀层各组分镍(Ni),聚四氟乙烯(PTFE),碳(C),磷(P)的质量分数对其导热性能的影响规律。结果表明,Ni-P-PTFE复合镀层的导热系数随PTFE和P的质量分数增大而降低,随C的质量分数增加而增大。当PTFE,C以及P的质量分数w(PTFE)=1.76%,w(C)=3.82%和w(P)=10.81%时,最大值为23.12 W/(m.K)。尽管复合镀层的导热系数不高,但由于其厚度很小,镀层产生的热阻仅为9.91×10-5~1.6×10-4(m2.K)/W,所以复合镀层铜管仍保持很高的导热系数值314.88~357.55W/(m.K)。     

纳米氧化锆涂层晶粒度与隔热性能的关系

将纳米热障涂层隔热性能与微观组织联系起来并进行定量描述的工作还处于起步阶段,采用纳米ZrO2团聚体粉末在不同的喷涂参数下制备了3种不同的纳米热障涂层,利用扫描电子显微镜、IA-32定量金相分析软件、X射线衍射仪对其进行了观察和分析,并结合非稳态激光脉冲法与差示扫描量热仪测量了涂层的热导率.研究表明:涂层中同时存在柱状组织和纳米级等轴组织,并以柱状组织为主;随着喷涂参数的改变,二者的相对比例发生变化;纳米级等轴组织含量对涂层的平均晶粒度和热导率都有重要影响;随着涂层晶粒度的减小,热导率随之降低.     

等离子喷涂热障涂层隔热性能分析方法

热障涂层材料已成为现代高性能航空发动机的关键材料,而隔热性能一直是评价热障涂层性能的一个重要指标。首先基于傅里叶导热定律,推导出一维稳态温度场的解析表达式,并讨论了陶瓷层厚度、陶瓷层上表面工作温度和金属基底下表面工作温度对热障涂层系统隔热性能的影响。设计了一种比较新颖的实验测试方法,成功实现了对热障涂层系统内部不同位置的温度进行实时测试和保存实验数据。结果表明,各个温度采集点的实验测试结果与理论预测结果吻合很好,说明提出的实验测试方法可以有效评估不同类型的热障涂层材料体系的隔热性能。     

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。     

单相双稀土改性SrZrO3热障涂层的热物理性能

由于SrO和ZrO₂的蒸气压不同, 造成等离子喷涂SrZrO₃涂层组分偏离原始粉末化学计量比, 从而导致制备态涂层中出现第二相ZrO₂。为了获得高相稳定性的单相涂层, 实验采用固相合成法合成并经过喷雾造粒制备了双稀土改性Sr过量SrZrO₃(Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05)热喷涂粉末, 采用大气等离子喷涂方法制备了相应的涂层, 研究了单相双稀土改性SrZrO₃热障涂层的热物理性能及其热循环寿命。研究结果表明, 制备态Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05涂层中无第二相产生, 1600 ℃热处理360 h后Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05保持单相SrZrO₃结构, 高温相稳定性良好。Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05涂层的烧结系数为7.27×10 ^-6 s ^-1, 热处理360 h后该涂层的热膨胀系数为(9.0~11.0)×10 ^-6 K ^-1 (200~1400 ℃), 热导率为2.83 W/(m?K) (1000 ℃)。Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05/YSZ双层涂层的火焰循环次数为1000次, 失效区域主要发生在Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05陶瓷层内。在喷涂粉末中增加SrO的含量能够弥补在大气等离子喷涂过程中Sr元素过量挥发的问题, 成功制备了单相双稀土改性Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05热障涂层。双稀土掺杂能够明显提高涂层的热膨胀系数, 且单相双稀土改性Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05涂层的抗烧结性能明显优于SrZrO₃涂层, 但单相Sr_1.1(Zr_0.9Yb_0.05Gd_0.05)O_3.05涂层热导率比含有第二相的SrZrO₃涂层高。     

纳米ZrO2热障涂层热震性能研究

为了研究纳米热障涂层的热震性能,采用等离子喷涂工艺制备了纳米Y2O3-ZrO2(YSZ)热障涂层,并测试了涂层的热震性能.借助扫描电镜和X射线衍射等手段分析了涂层的物相构成和组织结构.结果表明,涂层中保留未完全熔融的小尺寸颗粒,且存在大量的孔径＜1 μm的微孔,该结构对提高涂层的热震性能极为有利.纳米涂层抗热震性能显著优于常规热障涂层,从室温至1 000℃,经800次热循环,涂层无明显的脱落现象.     

磁控溅射制备CrTiAlN梯度镀层的热冲击性能研究

采用磁控溅射技术在高速钢基体上制备不同含量的CrTiAlN梯度镀层,温度为600℃时研究镀层的抗热冲击性能,采用X射线光电子能谱仪和X射线衍射仪分析镀层成分及热冲击前后的相结构,利用场发射扫描电镜观察镀层的形貌,利用分析天平对镀层热冲击前后进行精密称重并结合光学显微镜来观察镀层热冲击后的表面形貌。结果表明,热冲击温度为600℃时,镀层有Cr2O3、TiO2等新相生成,有氧化现象发生;对于不同成分的CrTiAlN镀层,Cr含量较高、Ti含量较少的镀层具有较好的抗热冲击性能;镀层失效是循环热应力产生剪切裂纹及镀层原子和氧原子双向扩散形成非接触区共同作用的结果。