新型Yb_2SiO_5环境障涂层1400℃高温氧化行为

采用电子束物理气相沉积和等离子喷涂工艺在Cf/SiC基体上制备出Si/3Al2O3·2SiO2+BSAS(1-xBaO-xSrOAl2O3-2SiO2,0≤x≤1)/Yb2SiO5环境障涂层,研究该涂层在1400℃恒温环境下的抗氧化性能。结果表明:涂覆环境障涂层的Cf/SiC试样,在氧化实验进行到80h时开始出现失重。3Al2O3·2SiO2+BSAS中间层内的Ba和Al元素向外扩散,并在Yb2SiO5面层中发生反应生成BaO2和Al2Yb4O9,BSAS在1400℃恒温氧化环境下发生烧结和收缩,以及由于热膨胀系数差异造成的环境障涂层内残余应力的产生均是导致涂层过早剥落失效的主要原因。     

Si/Mullite/Er2SiO5新型环境障涂层的1350℃氧化行为

采用化学气相沉积与等离子喷涂相结合的方法在SiC/SiC复合材料表面制备了Si/Mullite/Er2SiO5新型环境障涂层,并研究了其在1350℃下的氧化行为。通过SEM、EDS和XRD分析了环境障涂层在氧化过程中的结构成分变化。结果表明:带有Si/Mullite/Er2SiO5环境障涂层试样氧化增重动力学曲线符合对数规律,前期氧化速率较高,随着氧化时间的增加逐渐趋于稳定,可以在1350℃下工作达400h。涂层失效主要是由于氧元素通过涂层扩散至黏结层与基体,使得黏结层与基体氧化,降低了黏结强度,从而使得涂层发生剥落。氧化试验过程中产生的纵向裂纹成为元素扩散通道,加速了氧化失效。     

Y_2O_3-ZrO_2热障涂层热腐蚀产物的生长行为及其相变研究

热腐蚀是热障涂层失效的重要因素之一,目前有关热障涂层热腐蚀形貌的演变规律及机理的研究少有报道。利用大气等离子体喷涂在GH4049合金表面制备了Y_2O_3-ZrO_2热障涂层,进行了不同时间的热腐蚀测试。采用扫描电镜(SEM)对热障涂层热腐蚀前后的表面、截面形貌进行了观察,利用X射线衍射仪(XRD)对涂层热腐蚀前后的成分进行了分析。结果表明:热腐蚀20 h,腐蚀产物为颗粒、块状及短棒状;热腐蚀超过40 h,腐蚀产物呈现束状;热腐蚀后,ZrO_2由四方相向单斜相转变,且随着时间的延长,转变程度增加。     

Si/3Al2O3·2SiO2+BSAS/Yb2SiO5环境障涂层13000℃抗水蒸气性能研究

采用电子束物理气相沉积和等离子喷涂工艺在Cf/SiC基体上制备了Si/3Al2O3·2SiO2+BSAS/Yb2SiO5环境障涂层(Environmental Barrier Coatings,EBC),研究了在1300℃、1.013×105Pa、气体流速为0.54m/s的水蒸气环境中Cf/SiC基体和EBC涂层的抗水...     

梯度热障涂层热冲击性能研究

采用等离子喷涂的方法,分别获得了２ｍｍ ＺｒＯ２－ＮｉＣｒＡｌ和ＺｒＯ２－Ｎｉ／Ａｌ系梯度热障涂层。热冲击实验结果表明,两种涂层具有不同的失效机理。ＺｒＯ２－ＮｉＣｒＡｌ系的失效是由于基于基体氧化引起的涂层整体脱落;而ＺｒＯ２－Ｎｉ／Ａｌ系的失效是支径向裂纹扩展到Ｎｉ／Ａｌ底层氧化共同作用的结果。     

富铝CMAS对稀土硅酸盐环境障涂层的腐蚀行为与机制研究

稀土硅酸盐环境障涂层(EBCs)有望应用于新一代高推重比航空发动机热端部件,但是服役条件下的熔盐腐蚀成为限制其应用的瓶颈。CMAS组分和稀土硅酸盐的晶体结构等因素对其腐蚀行为产生显著影响。本工作以不同晶型的稀土硅酸盐涂层材料为研究对象,采用大气等离子喷涂技术制备X1-Gd₂SiO₅、X²-RE₂SiO₅(RE=Y,Er)涂层,并研究其在富Al₂O₃的CMAS熔盐环境(1400℃)的腐蚀行为与机制。结果表明,X²-RE₂SiO₅(RE=Y,Er)涂层耐蚀性能优于X1-Gd₂SiO₅涂层,这与涂层材料的物相组成和晶体结构的稳定性等因素有关。经CMAS腐蚀25 h后,X1-Gd₂SiO₅涂层表面仅生成磷灰石相;X²-RE₂SiO₅     

双硅酸镱环境障涂层的高温水氧腐蚀机理研究

陶瓷基复合材料构件在航空发动机燃气环境中面临严重的水氧腐蚀退化问题,在构件表面采用环境障涂层进行热防护是提高陶瓷基复合材料部件的高温性能、延长其使用寿命的有效措施。环境障涂层的高温稳定性对部件的结构完整性具有重要影响。为了探明环境障涂层在高温下的水氧腐蚀失效行为和机理,针对大气等离子喷涂(APS)Yb₂Si₂O₇/莫来石/硅体系的环境障涂层系统,开展了其在1 350℃、90%(体积分数)H₂O-10%O₂水/氧蒸汽环境中的静态高温水氧腐蚀试验,采用XRD、SEM、EDS等材料表征分析手段,研究涂层在高温静态水氧腐蚀环境中的失效行为,获得EBCs涂层微观结构及物相在腐蚀过程中的演变规律,揭示EBCs涂层的失效机理。结果表明：表面的Yb₂Si₂O₇与环境中的氧化剂(主要为水)反应生成挥发性物质Si(OH)₄,导致Yb₂Si₂O₇被...     

火焰喷涂Al2O3/TiO2-NiCrBSi阶梯热障涂层的热冲击失效分析

研究了氧乙炔火焰喷涂制备的Ａl2O3/TiO2-NiCrBSi阶梯热障涂层在水淬热冲击条件下的失效行为,结果表明,涂层的抗热层冲击能力随梯度成分间隔的减小而增强,其失效是由于涂层层间裂纹和层内裂纹和层内裂纹共同作用的结果,对于成分梯度化较好的涂层,层内裂纹扩展导致网状裂纹是失效的主要原因,层间成分间隔大,失效则是以层间裂 的快速扩展而导致涂层整体剥落的主要原因,当成分间隔介于以下二者时,层内裂纹和层间裂纹共同作用,导致涂层以局部脱或剥形式失效。     

热障涂层热冲击试验研究

随着先进发动机的研制和生产,对高温涂层的要求也不断提高。热障涂层（TBCs) 作为一种新型隔热涂层,在发动机涡轮叶片上的应用得到更多的重视。对利用电子束物理气相沉积（EB－PVD）制备的TBCs进行了高温热冲击试验,并对试验前后的TBCs进行了形貌、SEM和XRD分析。     

硅酸镱环境障涂层抗熔盐腐蚀行为与机制研究

稀土硅酸盐环境障涂层(EBC)是应用于新一代高推重比航空发动机热端部件的重要材料, 但其在高温熔盐环境的腐蚀行为与机制尚不明晰。本工作采用真空等离子喷涂技术(VPS)制备了Yb₂SiO₅/Yb₂Si₂O₇/Si环境障涂层, 并研究了该涂层体系在900 ℃、Na₂SO₄+25% NaCl(质量分数)熔盐环境中的腐蚀行为与机制。研究发现, 所制备的Yb₂SiO₅/Yb₂Si₂O₇/Si涂层体系结构致密, 各层之间结合良好; 涂层体系腐蚀240 h, 熔盐组分渗透Yb₂SiO₅涂层, 在Yb₂Si₂O₇中间层发生富集。涂层中Yb₂SiO₅相具有良好的稳定性, Yb₂O₃第二相与熔盐发生反应, 且随腐蚀时间延长, Yb₂O₃含量减少。中间层Yb₂Si₂O₇相与熔盐反应生成磷灰石相NaYb₉Si₆O₂₆和钠硅酸盐, 并产生Cl₂和SO₂等挥发性物质, 从而影响服役寿命。硅黏结层中未发现熔盐渗透现象, 保持完整。该涂层体系具有良好的抗熔盐腐蚀性能。     

陶瓷基复合材料表面环境障涂层材料研究进展

随着新一代航空发动机推重比的不断提升,其内部燃气温度已经远远超过传统高温合金的承温极限,因此亟待研发新材料来满足先进航空发动机的发展需求.SiCf/SiC陶瓷基复合材料具有优异的高温力学性能和高温抗氧化性能,且其密度较低,是下一代高性能航空发动机热端部件的理想结构材料.但是,SiCf/SiC材料在实际服役环境中同样面临...     

热处理对等离子喷涂BSAS环境障涂层性能影响EI北大核心

采用自制的固相烧结BSAS粉体,利用大气等离子喷涂工艺在SiC基体表面制备Si/Mullite+BSAS/BSAS三层结构环境障涂层。通过扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射分析仪等研究环境障涂层在不同热处理温度下涂层的相结构、显微组织演变规律。结果表明:喷涂态BSAS涂层主要由单斜结构BAS相和非晶相组成;经过1100℃热处理后,涂层内部非晶相转变为六方结构BAS相;1200℃热处理后六方结构BAS相逐渐向单斜结构BAS相转变,在1300℃热处理后单斜结构BAS相的含量达到最大;随着热处理温度的进一步上升,出现鳞石英结构的SiO_(2)相和高钡含量的Ba3SiO5相以及副钡长石结构BAS相,1400℃热处理过程中发现硅液滴渗出的现象。     

等离子喷涂-物理气相沉积Si/莫来石/Yb2SiO5环境障涂层

采用等离子喷涂-物理气相沉积技术(PS-PVD)在SiC/SiC复合材料表面依次制备了Si(底层)、3Al₂O₃-2SiO₂ (中间层)、Yb₂SiO₅(面层)环境障涂层(EBC)。利用扫描电子显微镜(SEM)观察分析EBC涂层表面与界面的微观形貌, X射线衍射仪对喷涂过程中易非晶化的莫来石涂层进行物相分析, 研究了喷涂粉末与高温等离子体的相互作用并探讨了EBC涂层的沉积机制。结果表明：通过PS-PVD技术可制备出低孔隙率、高致密界面的EBC涂层。通过观察EBC涂层表面, Si涂层表面无裂纹, 而莫来石和Yb₂SiO₅涂层表面均发现有微裂纹, 其中莫来石涂层表面的裂纹尺度大于Yb₂SiO₅涂层。三层结构的致密EBC涂层以液相沉积为主, 同时伴随有气、固沉积。在Yb₂SiO₅涂层沉积过程中, 液相沉积导致涂层为致密的层状结构, 蒸发后气相在等离子焰流中及基体表面发生均匀形核和非均匀形核导致涂层中出现大量的纳米晶粒, 而微熔粒子和溅射粒子则形成涂层中亚微米、微米晶粒。     

大气等离子喷涂环境障涂层的预热处理致密化方法

环境障涂层(EBC)面层的高致密度对于保障EBC的抗水氧腐蚀性能、提高SiCf/SiC热端部件的服役寿命具有重要意义.本研究提出涂层致密化的预热处理方法,以大气等离子喷涂(APS)Yb2 SiO5涂层作为代表性材料,在涂层高温服役前进行1250～1450℃的预先热处理,显著提高了涂层致密度.通过不同结构孔隙的分类研究,阐明了EBC面层结构及性能在热处理过程中的变化规律,揭示了预热处理促使涂层内孔隙愈合的致密化机理.结果表明:喷涂态的Yb2 SiO5涂层内部存在3种缺陷,包括二维(2 D)形貌的片层内微裂纹、片层间微孔隙(统称2 D孔隙)以及三维(3 D)形貌的球形孔隙,因此致密度较低.在热处理过程中,2D孔隙逐渐愈合,在较短时间内大量减少,但3D球形孔隙未出现明显变化.预热处理过程中孔隙愈合的机理是:涂层内部晶粒不断长大,使得孔隙表面粗糙化,引发孔隙表面多点桥接,将原本连续的2D孔隙分割成若干段,并进一步球化.本研究提出的预热处理方法,为等离子喷涂高致密、抗腐蚀EBC的工程化应用奠定了理论基础.     

CMAS环境下电子束物理气相沉积热障涂层的热循环行为及失效机制

航空发动机涡轮叶片工作时表面经常产生CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂(简称CMAS)等沉积物。本文中研究了电子束物理气相沉积(EB-PVD)制备ZrO₂热障涂层(TBCs)在CMAS环境下的热循环行为及失效机制。结果表明, 在1200℃热冲击条件下, 表面涂覆CMAS的热障涂层的热循环寿命低于100次, 而未涂覆CMAS的涂层寿命达到500次以上, CMAS 的存在加速了热障涂层的剥落失效。在1200℃经过210次循环后, ZrO₂陶瓷层与CMAS之间形成了约8 μm厚的互反应区, 其形成主要与CMAS中Ca²⁺内扩散有关。CMAS环境下热障涂层陶瓷层产生大量横向裂纹, 涂层的失效主要以陶瓷层片状剥落为主。     

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.     

沉淀剂对La_2Zr_2O_7制备过程的影响

分别采用氨水和草酸铵作沉淀剂,通过化学共沉淀法制备了单相La2Zr2O7粉末。利用DSC-TGA和XRD等方法对LZ前驱体的煅烧分解过程、产物物相进行了分析和表征。结果表明:氢氧化物前驱体在400~750°C分解得到无定型的复合氧化物,800℃保温2.5h即完成相转变形成单相组分的La2Zr2O7;而草酸盐前驱体在400~650°C草酸盐发生分解得到无定型氧化镧、氧化锆的混合物;700°C以后,La(OH)3的分解、无定型氧化物晶化得到六方结构氧化镧与单斜相氧化锆、Zr4+扩散到La2O3晶界生成La2Zr2O7等三个反应同时进行。获得单相组分La2Zr2O7的煅烧条件至少要1450℃,保温2.5h。草酸盐前驱体中镧和锆两种成分局部的分布不均匀是造成其处理温度比氨水法要高的直接原因。     

YSZ-Ti3AlC2热障涂层及其高温自愈合行为

采用Ti₃AlC₂作为新型自愈合剂, 利用大气等离子喷涂将混合均匀的YSZ-Ti₃AlC₂粉体制成厚涂层。为观测高温下涂层氧化及裂纹的自愈合行为, 通过外加载荷的方式在涂层表面预制裂纹, 并将样品置于1050℃空气气氛中进行热处理。通过分析涂层制备、热处理前后的物相和形貌演变发现：涂层中的部分Ti₃AlC₂在喷涂后分解为TiC, 热处理后涂层表面形成外层为TiO₂, 内层为TiO₂和Al₂O₃混合物的双层结构。在自愈合过程中, 裂纹内的愈合剂氧化生成Al₂O₃与低密度的TiO₂, 随着扩散控制的氧化反应不断进行, 氧化物逐渐积累并填补裂纹。此外, 在TiO₂生成的同时引起的体积膨胀使裂纹周围产生一定的压应力, 强化愈合效果, 最终完全愈合裂纹。     

原位合成La_2Zr_2O_7-YSZ复合材料及高温热稳定性研究

以硝酸锆、硝酸镧、硝酸钇和柠檬酸为原料,原位合成了La2Zr2O7、氧化钇稳定氧化锆(YSZ)及其La2Zr2O7-YSZ复合材料。采用X射线衍射和拉曼光谱对样品进行分析和表征,研究La2Zr2O7、YSZ和La2Zr2O7-YSZ复合材料的物相组成与高温热稳定性。结果表明:合成的La2Zr2O7和YSZ均为单一纯相。在1 200℃煅烧6 h条件下合成的系列复合材料(物质的量比n(La2Zr2O7)∶n(YSZ)=1∶8~10∶1)中均未发现单斜ZrO2相和其他化合物的生成。在1 400℃煅烧24 h条件下合成的LZYZ11中出现单斜ZrO2相,此时La2Zr2O7对YSZ的稳定效果不大。