环境障涂层选材研究进展

随着航空发动机向着高效率、 高推重比方向发展, 传统镍基高温合金已经接近其服役温度极限, 新型材 料体系的引入刻不容缓。 陶瓷基复合材料 (Ceramic matrix composites, CMCs) 以其重量轻、 强度高、 高温性质稳 定等特性成为下一代航空发动机热端的理想备选材料。 但在恶劣的服役环境下陶瓷基复合材料面临 CMAS(CaOMgO-Al2O3-SiO2, CMAS) 熔盐冲刷作用和高温水氧腐蚀的威胁, 需要在其表面制备环境障涂层 (Environmental Barrier Coating, EBC) 来提高其抗腐蚀能力。 以硅酸盐为面层的第三代 EBC 体系是目前研究的热点。 本文在总结 EBC 涂层设计要求、 简要介绍前两代 EBC 发展历程的基础上详细介绍第三代 EBC 体系的发展现状, 并结合现有 研究报道展望未来 EBC 的发展方向, 为先进航空发动机的选材提供借鉴。     

不同显微结构Yb2Si2O7环境障涂层的抗热震性能研究

采用低压等离子喷涂工艺(LPPS)在SiCf/SiC复合材料表面依次制备了Si底层、Mullite中间层和Yb2Si2O7面层的环境障涂层.通过不同的喷涂参数分别制备出层状结构和层柱混合结构的Yb2Si2O7面层,并考察面层结构对环境障涂层抗热震性能的影响.结果表明,所制备的两种面层涂层均具有孔隙率低、界面结合紧密的特...     

二硅化钼改性硅酸镱环境障涂层的高温抗氧化行为及机理

新一代高推重比航空发动机的发展对环境障涂层（EBCs）的服役寿命和温度提出了苛刻的要求。稀土硅酸盐作为EBCs材料应用于面层,在服役过程中易产生纵向裂纹,为腐蚀性介质的侵蚀提供通道,严重影响EBCs的寿命。二硅化钼（MoSi2）具有优异的高温性能,有望改善稀土硅酸盐 EBCs体系的高温性能。本工作中采用MoSi2改性Yb2SiO5面层,通过真空等离子喷涂技术（VPS）分别制备了Yb2SiO5-XMoSi2（X=0,5和10vol.%）为面层,Yb2Si2O7为中间层,Si为粘结层的三种环境障涂层体系。研究了涂层在1350 ℃长时间氧化前后显微结构演化过程。结果发现,掺杂MoSi2涂层体系在高温氧化500 h后仍能保持结构完整且面层裂纹减少。原因在于,MoSi2可消耗氧化剂,减缓涂层内部TGO的增长速率,反应产物Yb2Si2O7与中间层成分一致,具有较好的化学相容性,有效改善了涂层体系的高温性能。     

大气等离子喷涂工艺对纳米结构和传统Yb2SiO5 涂层微观结构的影响

纳米材料由于具有一些独特的效果而表现出了独特的性能,纳米结构稀土硅酸盐被认为是很有前景的环境 障碍涂层 ( EBC ) 材料之一。稀土硅酸盐材料中Yb2SiO5 因其卓越的高温相稳定性、对水蒸气环境的耐久性、低 热导率以及优秀的化学稳定性受到了研究者们的广泛关注。本文研究了大气等离子喷涂工艺 ( APS ) 参数对纳米 结构和传统Yb2SiO5 涂层微观结构的影响,并研究了相同大气等离子喷涂工艺下,纳米结构Yb2SiO5 喂料和传统 Yb2SiO5 喂料对涂层微观结构的影响,分析了APS 制备过程中不同结构喂料对涂层结构影响机制。结果表明：相 同喷涂参数制备的纳米结构Yb2SiO5 涂层孔隙率低于传统Yb2SiO5 涂层,以及纳米结构Yb2SiO5 涂层的铺展性和 融化度均优于传统Yb2SiO5 涂层,表明纳米结构Yb2SiO5 涂层为很有前途的环境障碍涂层之一。     

物相组成对硅酸镱涂层显微结构和耐蚀性能的影响研究

陶瓷基复合材料(Ceramic matrix composites CMCs)被视为新一代航空发动机热端部件的主要候选材料。然而,陶瓷基复合材料在服役过程中会受到高温水蒸气腐蚀,从而导致材料性能急剧下降。在CMCs表面制备环境障碍涂层(Environmental barrier coating,EBC)可有效解决这一难题。稀土硅酸盐具有高熔点、与CMCs匹配的热膨胀系数和良好的耐蚀性能等特点,是最具应用潜力的环境障碍涂层材料。大气等离子体喷涂技术是制备稀土硅酸盐环境障碍涂层的常见方法。本文通过固相反应法制备了不同物相组成的硅酸镱粉体,并采用大气等离子体喷涂方法制备了富Yb_2O_3(YS0.75)和富Yb_2Si_2O_7(YS1.25)两种涂层,比较研究了涂层的相组成、微观结构和耐高温水蒸气腐蚀性能。研究发现,YS0.75涂层主要由Yb_2O_3和Yb_2SiO_5相组成,结晶度较高,层状结构明显,涂层内有较多裂纹。YS1.25涂层主要由Yb_2SiO_5和Yb2Si2O7相组成,结晶度较低,片层间结合紧密,涂层含有较多球型气孔。不同物相组成的硅酸镱涂层经1400oC高温水蒸气腐蚀后表面均生成Yb_2SiO_5层。富Yb_2O_3涂层具有更好的耐水蒸气耐蚀性能。     

等离子喷涂纳米ZrO2热障涂层的耐盐雾腐蚀性能

对大气等离子喷涂技术制备的纳米ZrO2热障涂层进行盐雾试验,采用金相显微镜、X射线衍射仪、拉伸试验机等对试验前后涂层组织及性能进行了研究。结果表明,纳米ZrO2热障涂层具有优异的耐盐雾腐蚀能力,盐雾腐蚀对涂层的显微组织、相结构、结合强度、剪切强度和耐湿热环境能力均无明显影响。盐雾腐蚀前后纳米ZrO2陶瓷面层均由t-ZrO2单相组成,其孔隙率分别为13.1%和12.6%,平均结合强度分别达到47.9MPa和48.7MPa。湿热试验后涂层完整、表面清洁,无新相生成。     

Yb2Si2O7 前驱体及其低压等离子喷涂用粉末制备研究

本文分别采用固相反应法和溶胶凝胶法制备 Yb2Si2O7 前驱体粉末和陶瓷块材。 采用固相法时, 混合粉 末经 1500 ℃, 5 h 煅烧后由 Yb2Si2O7 和 Yb2SiO5 两相构成, 经冷压、 1600 ℃, 10 h 煅烧后得到疏松块材, 内部 残留大量未完全反应的氧化硅和中间相 Yb2SiO5。 采用溶胶凝胶法时, 退火态干凝胶经 1400 ℃, 5 h 煅烧后即可 获得高纯 Yb2Si2O7 粉末, 经冷压、 1600 ℃, 10 h 煅烧后, 得到近 Yb2Si2O7 纯相的、 更完整致密块材。 这些表明 相较于固相反应法, 溶胶凝胶法制备 Yb2Si2O7 具有反应门槛较低、 易制得高纯均匀材料的优势。 进一步, 采用 二流体雾化工艺制备低压等离子喷涂用粉末, 重点探索了 PVA 含量和雾化压力对粉末的影响规律。 结果表明, PVA 含量决定粉末形貌, 当 PVA 含量适中时 (10 wt.%) 可获得球形度良好的实心粉末, 雾化压力决定粉末粒度, 雾化压力越大, 粉末粒径越细, 当雾化压力为 1.2 MPa 时, 可获得所需的 1~30 μm 超细粉末。     

Yb_2SiO_5稀土硅酸盐环境障涂层研究进展

环境障涂层体系历经三代的发展,稀土硅酸盐因其具有低热膨胀系数、优良的抗水氧腐蚀性能与相稳定性,且与中间层莫来石化学相容性好,已成为研究热点。本文重点论述稀土硅酸盐Yb_2SiO_5环境障涂层的制备方法、涂层形貌、相结构影响以及裂纹机制、抗高温水蒸气腐蚀及抗CMAS腐蚀性能的研究进展。并指出了以Yb_2SiO_5为代表的稀土硅酸盐体系值得关注的问题及未来环境障涂层的发展趋势。     

航空发动机高温涂层腐蚀失效研究进展

航空发动机中高温涂层部件在不同的工况下会发生差异化的腐蚀现象。简要介绍了YSZ热障涂层、MCrAlY涂层的主要失效模式,重点梳理了这两类涂层的典型腐蚀失效形式,包括酸性腐蚀、熔盐腐蚀、CMAS腐蚀等。酸性腐蚀是涂层在潮湿环境且一般含有氯、硫条件下发生的弱酸性腐蚀,腐蚀温度为常温。熔盐腐蚀主要针对航空发动机在海洋环境下YSZ热障涂层及MCrAlY涂层面临熔融态盐(如NaCl、Na2SO4)发生的腐蚀,腐蚀温度一般为500~1 000 ℃。CMAS腐蚀主要是由沙漠、尘土环境下的复合氧化物引起陶瓷涂层失效,腐蚀温度一般高于1 200 ℃。最后对YSZ热障涂层及MCrAlY涂层的腐蚀失效机理及未来研究方向进行总结和展望。     

热冲击条件下硅酸镱环境障涂层组织演变研究

硅酸镱是重要的环境障涂层 (EBC) 材料, 本文采用等离子喷涂方法制备硅酸镱涂层, 对其进行了热冲击 考核, 包括纯燃气和含钙离子水汽热冲击, 并初步研究了经过热冲击的涂层组织演变行为。 结果表明, 高温下双 硅酸镱相容易发生向单硅酸镱相的转变, 这可能是因为涂层材料和水汽发生了反应。 在 1350 ℃燃气环境下, 涂 层表层发生了明显的烧结现象。 在含钙离子水汽热冲击（加热温度 1250 ℃） 条件下, 硅酸镱涂层表层形成了鼓 泡特征, 同时受到了钙离子腐蚀。 本文通过对涂层显微组织的分析, 提供了可能的组织演变与化学反应机制。     

恒电流脉冲法研究钢筋在模拟混凝土孔溶液中的腐蚀行为

通过恒电流脉冲法研究了钢筋在不同pH值模拟混凝土孔溶液中的腐蚀行为.应用时间常数与双电层电容计算了钢筋的极化电阻.结果表明:钝化钢筋的时间常数大于活化腐蚀钢筋,钝化钢筋的双电层电容比活化腐蚀钢筋小;腐蚀末期较好的抗腐蚀能力证实了钢筋在CP模拟液(pH13.6)中形成的钝化膜比在CH模拟液(pH12.5)中更致密,耐蚀性更好,而在CN模拟液(pH11.0)中基本无法形成完整的钝化膜;SO₄^2-与SiO₃^2-加入CP模拟液能提高钢筋的极化电阻,钢筋表面形成了更致密的钝化膜,在腐蚀末期钢筋表现出了更好的耐蚀性.最后,比较了恒电流脉冲、线性极化及电化学阻抗谱所测的极化电阻与腐蚀电流密度,表明这三种电化学方法在测试钢筋腐蚀速率方面具有较好的相关性.     

1Cr18Ni9Ti钢管在脱硫系统中的装配、焊接及其应用

在燃气厂脱硫系统的大修中，将原有Q235普通碳钢管改造更换成1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢钢管，根据此种钢材的特点。严格按照技术要求进行装配。焊接，可有效地防止不锈钢中产生晶间腐蚀和应力腐蚀。介绍了在施工中装配，焊接及其应用过程。以及管道在运行生产中的效果。     

高含H2S/CO2介质中X60钢腐蚀产物膜分析

利用高温高压H₂S反应釜进行腐蚀模拟实验,研究X60钢在高压H₂S/CO₂共存条件下的腐蚀规律,并利用扫描电子显微镜和X射线衍射等方法观察用分析了腐蚀产物膜的形貌和组成.在H₂S/CO₂分压比为1.74、H₂S分压0.15~2.0 MPa条件下,腐蚀产物以硫铁化合物为主,未见碳酸亚铁,X60钢腐蚀过程由H₂S控制.H₂S分压较低时腐蚀产物以四方FeS_1-x为主,H₂S分压2.0 MPa时则出现六方FeS、六方Fe_1-xS和立方FeS₂.疏松的富S腐蚀产物及腐蚀产物膜局部剥落促使高H₂S分压时X60钢出现明显局部腐蚀,并使全面腐蚀速率随H₂S分压升高先升后降.     

SUS304L耐腐蚀性的研究

SUS304L(00Cr19Ni10)是国际上应用最广泛的不锈钢种之一,该钢种具有优良的机械、焊接和抗晶间腐蚀性能。特别是如果对钢的化学成方进行严格控制,其抗蚀性能可以达到更高的水平。太钢在提供原子能反应堆和硝酸制造设备的材料中耐蚀性能达到了<0.5mm/年。结合国际的研究成果和太钢的实际,介绍该钢种耐腐蚀性的控制方法。     

天然气井钢管失效的灰关联分析

运用灰关联分析的基本原理和方法，对天然气井钢管频繁发生穿孔破裂的原因进行了分析，研究表明，天然气对管壁的腐蚀及冲蚀作用是导致事故发生的主要原因，这一结论已被腐蚀产物的X-光电子能谱及X-衍射试验所证实。     

Ni-Cr-Mo-Cu-Mx合金耐晶间腐蚀及点蚀性能

向镍基耐蚀合金中添加Ti、Fe元素,采用手工电弧炉熔炼制备新型Ni-Cr-Mo-Cu-Mx耐蚀合金,用化学浸泡法、电化学法(极化曲线法、循环伏安法)对其耐晶间腐蚀和耐点蚀能力进行研究.结果表明:在Ni-Cr-Mo-Cu合金中加入Ti元素可以增强其耐晶间腐蚀能力,减弱其耐点蚀的能力;加入Fe元素会降低Ni-Cr-Mo-Cu合金耐晶间腐蚀的能力,但提高该合金耐点蚀的能力;实验合金晶间腐蚀与点蚀的电化学行为和特征与其浸泡腐蚀的结果是吻合的.     

电弧喷涂铝涂层在海洋环境中的腐蚀机理

采用电弧喷涂技术在Q235钢基体上制备了铝涂层,并用完整涂层和局部破坏涂层两种试样进行室内模拟浸泡腐蚀实验,腐蚀介质为3.5% NaCl水溶液,流速为0.6m·s^-1,实验温度为50±1℃.结果表明:涂层局部破坏时的腐蚀速度与涂层完好时相差不大;铝涂层表面的均匀腐蚀并不严重,铝涂层的腐蚀主要是由于闭塞电池和活性-钝性腐蚀微电池的联合作用引起的局部腐蚀,主要类型为点蚀,且涂层层状剥落形成蚀坑;腐蚀介质到达基体时,将发生电偶腐蚀,铝涂层会作为牺牲阳极保护基体免受腐蚀.     

Corrosion Products and Formation Mechanism During Initial Stage of Atmospheric Corrosion of Carbon Steel

The formation and development of corrosion products on carbon steel surface during the initial stage of atmospheric corrosion in a laboratory simulated environment have been studied by scanning electron microscopy （SEM） and Raman spectroscopy. The results showed that two different shapes of corrosion products, that is, ring and chain, were formed in the initial stage of corrosion. MnS clusters were found in the nuclei of corrosion products at the active local corrosion sites. The ring-shaped products were composed of lepidocrocite （γ-FeOOH） and maghemite （γ-Fe2O2 ） transformed from lepidocrocite. The chain-type products were goethite （α-FeOOH）. A formation mechanism of the corrosion products is proposed.     

硫酸介质中铸造奥氏体不锈钢的腐蚀磨损行为

研究了几种铸造奥氏体不锈钢在含有Ｃｌ－的硫酸介质中的点蚀规律,测定了腐蚀磨损率、摩擦因数和表面钝化膜破坏后的修复时间。实验结果表明,高铬、镍、铜不锈钢有较高的耐蚀性,但其腐蚀磨损失重却高于一般的１８－８型不锈钢     

连铸圆坯酸浸试验研究

通过研究天津钢管有限责任公司连铸坯中合金元素的存在形态以及对钢的耐腐蚀性的影响,从而确定了在一定试验条件下酸浸试验的腐蚀时间,并得出了酸浸试样腐蚀时间的推算方法,生产检验证明,本法可行。