TiO2涂层激光热冲击损伤机理研究

研究了等离子喷涂TiO2涂层在激光热冲击条件下激光输出功率对涂层损伤的影响，并探讨了涂层的损伤机理。结果表明，随着激光输出功率的增大，TiO2涂层损伤加剧，当激光输出功率为3900W时被击穿：基体上产生热影响区；TiO2涂层在激光热冲击下的微观损伤形貌主要以放射板条状组织和枝状组织为主，并存在大量的裂纹；TiO2涂层消耗激光能量的方式主要是熔化与再结晶并辅以裂纹的萌生与扩展。     

激光重熔纳米氧化锆热障涂层的抗热冲击性能

采用纳米氧化锆团聚粉末和等离子喷涂技术制备了纳米氧化锆涂层,试验研究了激光重熔工艺参数（激光比能量）对纳米氧化锆涂层抗热冲击性能的影响.试验结果表明,激光重熔工艺参数对重熔涂层的抗热冲击性能影响显著,采用合适的工艺参数（激光比能量）,可以使重熔涂层获得最佳的抗热冲击性能.不同激光重熔工艺参数处理的涂层形成的组织结构不同,使得涂层的抗热冲击性能不同.合适的激光重熔工艺参数下涂层表现出高的抗热冲击性能,主要是因为重熔后的涂层组织结构有利于热应力的释放以及其相结构在高温冲击下具有良好的稳定性.     

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。     

ZrO2陶瓷热障涂层的研究

用等离子涂技术制备了ＺｒＯ２结构梯度和成份梯度涂层,并试验测定了各涂层的隔热效果及抗热震性,涂层试片在２．５Ｍａ、１８００℃、５８００ＫＷ／ｍ＾２的热流冲刷５ｓ后,结果表明：涂层表面仍较光滑,与烧蚀前无明显差别,更无剥落,崩裂出更,平均每毫米隔热涂层降温约４０２．２℃。     

高能等离子喷涂Sm2Zr2O7热障涂层及其热冲击性能

采用高能等离子喷涂技术制备了Sm2Zr2O7热障涂层,用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段研究了涂层的相成分、微观组织;采用拉伸法和水淬法测试了涂层的结合强度及热冲击性能.结果表明,喷涂前后Sm2Zr2O7相成分未发生变化,表现出良好的相稳定性能.所制备的Sm2Zr2O7涂层结构致密,涂层各界面结合紧密.涂层的孔隙率仅为4.72%,结合强度为29MPa.涂层在经历20次热冲击后从表面层/金属粘结层界面处脱落,熔融颗粒内部纵向显微裂纹及熔融颗粒之间彼此分离所形成的横向裂纹的共同作用导致了涂层的失效.     

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,梯度热隙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。     

热喷涂涂层结合强度的冲击测量法

讨论了一种新型快速定性评价热喷涂层结合强度的冲击测试方法,采用自由落体的落锤冲击设备对涂层进行冲击试验,并采用声发射技术进行动态监测,以定性分析涂层结合强度。首先用超音速等离子喷涂技术分别制备了组织致密,性能良好的Ni Cr金属、Cr_2O_3陶瓷涂层。采用90°和120°金刚石压头、120°及Ф2 mm球形硬质合金压头试验,其中120°硬质合金压头更适合冲击法测试涂层结合强度。随着冲击能量的提高,声发射的能量计数也不断提高,但是落锤高度超过400 mm后,能量计数变化不大,说明在400 mm时涂层发生了破坏。对基体金属、Ni Cr涂层、以及有无Co Cr Al Y为结合层的Cr_2O_3陶瓷涂层进行对比测试,发现声发射能量计数峰值随着涂层结合强度的增强而降低。     

等离子喷涂Al2O3与Al2O3/TiO2涂层中的相变及涂层的耐腐蚀行为

研究了采用等离子喷涂法制备Al2O3涂层与Al2O3／TiO2复合涂层，以及喷涂前后涂层中相变及涂层的腐蚀行为。结果表明，在喷涂过程中有9％的α-Al2O3及45％的β-Al2O3转变成为γ-Al2O3；机械混合的Al2O3与TiO2之间没有新相Al2TiO5形成，但有39％的TiO2由金红石晶型转变为锐钛矿晶型。在5％沸腾的HCl内γ-Al2O3及β-Al2O3较α-Al2O3被优先腐蚀，TiO2相也同时被腐蚀。     

等离子喷涂Al2O3/TiO2陶瓷涂层形成机理研究

利用等离子喷涂制备Al2O3/TiO2陶瓷涂层,通过扫描电镜分析了涂层的组织结构.重点探讨了不同含量的TiO2对涂层组织显微结构的影响和涂层形成机理.结果表明:随着TiO2含量增加,涂层质量较单一Al2O3质量明显提高.     

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。     

钛合金PEO陶瓷膜的组成结构及其抗热震性能

在硅酸盐溶液中,采用类三角波形脉冲等离子体电解氧化电源,在TC4钛合金表面原位制备陶瓷膜层,利用XRD、SEM和能谱等研究了陶瓷膜层的组成和结构特点,利用热震实验研究了陶瓷膜层的抗热震性能.陶瓷膜层主要由金红石型和锐钛矿型TiO_2组成,反应时间增加,膜层增厚,表面放电孔道减少,孔径变大.能谱分析表明,陶瓷膜层中硅元素含量随着反应时间的增加而增多,钛元素含量的变化与之相反.在900～20 ℃热震条件下,膜层的抗热震性能随反应时间的增大而提高,在反应为25 min时,所制备的膜层抗热震性能最佳,继续延长反应时间,膜层的抗热震性能下降.热震试验使陶瓷膜层中晶相TiO_2含量增加,膜层表面出现裂纹.     

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。     

等离子喷涂纳米ZrO_2陶瓷表面涂层的热震性能研究

对比研究了等离子喷涂Y_2O_3稳定的纳米与微米ZrO_2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ZrO_2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ZrO_2涂层的热震性能明显高于微米ZrO_2涂层。     

基于临界失效能密度判据的热障涂层热震损伤行为研究

目的探索热障涂层系统(TBCs)在热震过程中的损伤行为。方法基于材料能量储存极限,推导了适用于平面复杂应力情形的温度相关性临界失效能密度判据,进而利用该临界失效能密度判据与ABAQUS有限元软件相结合,研究了热生长氧化层(TGO)凸起的热障涂层系统在冷却热震过程中的损伤行为。结果对于TGO层凸起的热障涂层系统,计算了冷却热震过程中陶瓷层(TC)和TGO层的失效能密度分布云图,并根据最大失效能分布情况分析了TBCs在热震过程中各层材料的可能破坏位置,所得结果与实验吻合较好。在对TBCs的冷却热震损伤行为模拟计算中发现,当TC层的强度比较低时,热震会使TC层上表面产生往内部扩展的垂直裂纹;当TC层强度达到某一定值时,首先发生热震破坏的位置由TC层上表面变成了TGO层与粘结层(BC)的界面处,即TBCs的各层破坏顺序发生了变化。结论使用临界失效能密度准则来判断热障涂层在冷却热震过程中的损伤行为,比单纯使用某一方向应力更为准确,并能准确判断损伤起始位置和演化情况,从而更全面地反映热障涂层在热震过程中的损伤破坏行为。     

La2Ce2O7/YSZ热障涂层抗热震性能的陶瓷层厚度影响研究

采用实验和数值方法研究了陶瓷层厚度比对La2Ce2O7/YSZ(LC/YSZ)热障涂层热震性能的影响。实验结果表明,随着LC与YSZ厚度比的降低,涂层热震寿命显著提高,涂层失效区域逐渐向试样中心转移,剥离位置逐渐从两陶瓷层界面附近转移到LC内靠近上表面处。数值结果表明,界面边缘处较大的轴向应力与剪切应力易导致较大厚度比涂层边缘处剥落;LC表面中心区域较大的径向拉应力会导致垂直裂纹萌生,并伴随界面偏折,这是较小厚度比涂层自LC内部剥离的原因。     

激光重熔工艺对热喷涂陶瓷层微观结构的影响

研究了在１Ｃｒ１８ＮｉｏＴｉ基体上热喷涂Ａｌ２Ｏ３－１３％ＴｉＯ２陶瓷层，进行激光重熔对陶瓷微观结构的影响。激光重熔陶瓷层中，主要组成相为ａ－ＡＩ２Ｏ３及ＡＩ２ＴｉＯ５，在条件合适时，在ａ－ＡＩ２Ｏ３中还有一种超结构，即有序相析出；有序相的存在可阻碍表面裂纹的产生；激光重熔陶瓷层中，扫描速度增加，表面裂纹的宽度增加；激光输出功率增加，表面裂纹的宽度亦增加。     

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.     

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。     

锆酸镧热障涂层的热震性能研究

利用多功能微弧等离子喷涂设备在1Cr18Ni9钢基体上制备La2Zr2O、ZrO2热障涂层。研究了La2Zr2O7和ZrO2涂层在高温实验条件下的热震性能,并进行了比较。结果表明,在900℃室温水淬的实验条件下,La2Zr2O7热障涂层的热震性能较ZrO2涂层要好;在1000、1100℃下二者的热震性能相差不大。