等离子喷涂用纳米结构Gd2Zr2O7 喂料的制备与性能

目的 稀土锆酸盐具有低热导率、优异的抗烧结性能和相稳定性,是下一代热障涂层和环境障涂层的理想材料。通过纳米粉体再造粒技术制备出等离子喷涂用高性能纳米结构球形喂料Gd2Zr2O7,以满足下一代热障涂层和环境障涂层的需求。方法 以Gd2O3与ZrO2粉体为原材料,采用纳米粉体再造粒技术制备出可等离子喷涂用的纳米结构Gd2Zr2O7喂料。利用SEM、XRD研究了固相烧结温度和时间对Gd2Zr2O7含量和晶粒尺寸的影响,分析了纳米结构Gd2Zr2O7喂料在不同纳米粉体再造粒阶段的微观形貌和相组成。同时,测定了纳米结构Gd2Zr2O7喂料的流动性、松装密度和振实密度。结果 纳米粉体再造粒技术可以制备出等离子喷涂用纳米结构Gd2Zr2O7喂料,喂料内部结构致密,球形度好,粒径为10~50 μm。在纳米粉体再造粒过程中,晶粒尺寸会随着烧结温度的升高而增大。在1 300 ℃烧结2 h生成的Gd2Zr2O7含量高,且晶粒尺寸小,为最优固相烧结工艺。等离子球化处理能有效地改善喂料的流动性。等离子球化处理后的喂料松装密度为2.09 g/cm3,振实密度为3.26 g/cm3,流动性为22.3 s/(50 g)。结论 采用纳米粉体再造粒技术成功制备出纳米结构Gd2Zr2O7粉体喂料。该喂料颗粒内部结构致密,外部表面光滑,球形度好,适合等离子喷涂,有望成为下一代热障涂层和环境障涂层。     

等离子喷涂用纳米结构T'相8YSZ球形喂料及应用展望

目的通过纳米粉体再造粒技术制备出等离子喷涂用高性能纳米结构非平衡转变四方相ZrO2-8%(8YSZ)球形喂料,以满足高端装备的需求。通过调控再造粒工艺以期应用于"两机"及陶瓷3D打印的耗材。方法以纳米8YSZ粉体为原料,通过纳米粉体再造粒技术制备出等离子喷涂用纳米结构8YSZ喂料。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)研究了纳米结构8YSZ喂料的表面形貌、晶粒尺寸以及相结构。同时测定了纳米结构8YSZ喂料的松装密度、振实密度、流动性等物性参数。结果制备的纳米结构8YSZ喂料呈球形形貌,喂料表面光滑且内部致密,喂料处于自由流状态且其粒度满足等离子喷涂要求。在纳米粉体再造粒过程中,纳米结构8YSZ喂料晶粒尺寸没有明显长大,相结构为非平衡转变四方相即T′相。结论通过对纳米粉体再造粒工艺的调控,可以制备出粒度分布与组织结构可控的高性能纳米结构T'相de8YSZ球形喂料。制备出的高性能喂料有望用于航空发动机和燃气轮机(两机)等高端装备以及用于陶瓷3D打印的耗材。     

等离子喷涂超高温热障涂层用纳米结构La2(Zr0.75Ce0.25)2O7球形喂料的研究

目的通过纳米粉体造粒技术制备出适合热喷涂超高温用纳米结构La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7球形喂料,进而采用热喷涂方法制备出纳米结构的热障涂层,以满足下一代热障涂层服役温度需求。方法以化学共沉淀法合成的纳米La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7粉末为原料,通过球磨、喷雾干燥及热处理工艺制备出纳米结构的La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7喂料,进而采用大气等离子喷涂方法制备出纳米结构La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7热障涂层。利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对原始纳米粉体、纳米喂料及喷涂态涂层进行显微形貌和组织结构分析。此外,通过电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)对制备的纳米喂料进行成分分析。结果制备出的纳米结构La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7喂料表面光滑、呈球形,成分与化学计量比基本一致。相对于原始纳米粉末,喂料晶粒长大并不显著。喷涂态涂层部分晶粒长大,但仍保留纳米结构。结论成功制备出纳米结构La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7球形喂料及纳米结构热障涂层,有望作为下一代超高温热障涂层材料。     

等离子喷涂纳米粉体制备技术及涂层研究进展

在现代工业中，等离子喷涂技术已成为提高机械零件表面耐磨、耐蚀性的重要方法。纳米粉体作为喷涂材料，能有效提高等离子喷涂涂层的耐磨、耐蚀、抗氧化等性能，在零部件表面防护应用方面具有研究价值，对于节能环保具有重要意义，已成为国内外表面改性领域的研究热点。基于此，在大量文献研究基础上，根据纳米粉体的制备方式，从固相法、液相法、气相法3方面分析总结了国内外关于纳米粉体再造粒技术的研究，阐述了纳米粉体喂料的制备方式，包括喷雾干燥法、机械研磨法、液相前驱体合成法，并重点分析了液相前驱体合成法的制备方式。从等离子喷涂纳米粉体的选择到涂层的制备，详细综述了纳米涂层在耐磨、耐蚀、热障及自润滑方面的应用成果，还归纳分析了等离子喷涂技术中工艺参数(喷涂功率、喷涂距离、喷枪移动速度、喷涂气体参数)对纳米涂层质量的影响规律。最后，探讨了当前等离子喷涂纳米粉体喂料制备中尚需解决的问题和不足，并展望了等离子喷涂纳米涂层的未来研究方向。     

一般问题/焊接科学和技术的发展及前景

纳米材料具有许多优异的特性，利用热喷涂技术制备纳米结构涂层是一种应用纳米材料的有效办法。介绍了纳米结构涂层喷涂材料的制备，包括液体喂料制备纳米材料、纳米粉末材料和纳米药芯丝材的制备，以及热喷涂制备纳米结构涂层的种类，其中包括纳米结构陶瓷涂层、金属一陶瓷纳米复合涂层和金属纳米结构涂层。[第一段]     

热喷涂纳米结构涂层的研究

纳米材料具有许多优异的特性,利用热喷涂技术制备纳米结构涂层是一种应用纳米材料的有效办法.文中介绍了纳米结构涂层喷涂材料的制备,包括液体喂料制备纳米材料、纳米粉末材料和纳米药芯丝材的制备,以及热喷涂制备纳米结构涂层的种类,纳米结构涂层的种类包括纳米结构陶瓷涂层、金属-陶瓷纳米复合涂层和金属纳米结构涂层.简要介绍了制备这些涂层所采用的工艺方法,以及涂层的结构和性能.指出了目前热喷涂制备纳米结构涂层存在的问题,并对其应用和发展前景作了展望.     

高强韧耐磨纳米Al2O3／TiO2涂层的制备及应用

通过分析纳米结构可喷涂陶瓷喂料在热喷涂过程中的受热熔化差别和所制备的纳米结构陶瓷涂层的裂纹生成和扩展方式,探讨了Al2O3／TiO2纳米陶瓷涂层的强韧耐磨机制,并展望了应用前景。     

超音速等离子喷涂纳米结构Al2O3-TiO2喂料涂层性能研究

采用特殊的工艺，制备了可用于热喷涂的纳米结构Al2O3-TiO2喂料，并采用超音速等离子喷涂技术制备了涂层。涂层的结合强度和显微硬度与美国产相同成分的Nanox^TM2613P纳米喂料制备的涂层基本相同。喷涂过程中存在相的转变和晶粒长大现象。     

热喷涂技术的研究进展

从喷涂设备、涂层应用和质量监控方面综述热喷涂技术的发展现状,重点介绍了等离子喷涂、超音速电弧喷涂、超音速火焰喷涂以及冷喷涂技术的最新进展;提出了制备热障、纳米、非晶、超导及隐身功能涂层将成为研究热点;指出利用各种先进的声、光、电、磁无损检测技术,对涂层性能进行在线诊断、评估质量和预测寿命的研究方向;并对热喷涂技术的发展趋势进行了展望.     

金属喷涂、堆焊与修复——金属喷涂工艺与设备

热喷涂纳米结构热障涂层的最新研究;渗铝及扩散处理对电弧喷涂层结合强度的影响;高速电弧喷涂3Cr13钢涂层的组织及在含细沙油润滑条件下的磨损性能;锌合金快速模具表面改性技术;过渡材料对等离子喷涂Al2O3梯度陶瓷涂层性能影响     

提高等离子喷涂热障涂层隔热性能的方法

为进一步提高等离子喷涂热障涂层的隔热性能,对陶瓷材料的导热理论及热障涂层的热导率进行了研究.提出了包括寻求新型热障涂层陶瓷材料、添加掺杂剂、制备纳米涂层及双陶瓷层热障涂层等能够改善等离子喷涂涂层隔热性能的方法;并指出,采用等离子喷涂技术制备带颜色的稀土锆酸盐纳米双陶瓷层热障涂层,将会进一步改善热障涂层的隔热性能.     

纳米Al_2O_3-13％TiO_2粉末及其等离子喷涂涂层的相变

将商用纳米Al_2O_3与TiO_2粉末混合制浆,通过喷雾造粒技术重构成大颗粒纳米Al_2O_3-13％T102团聚粉体,然后采用不同加热温度进行烧结,制备用于热喷涂的纳米喂料。采用等离子喷涂技术沉积形成纳米涂层。利用XRD和SEM对纳米粉末和涂层的形貌、显微结构和晶相进行表征。结果表明,在烧结过程中纳米氧化铝没有发生相变,而纳米氧化钛则由锐钛矿相转变为金红石相;在等离子喷涂过程中,部分a—Al_2O_3发生熔化转变为y—Al_2O_3,且转变量与喷涂工艺参数有关;而TiO_2相只在较低喷涂工艺参数下存在衍射峰,在较高喷涂工艺参数下则以z—A1203＂Ti02固溶体存在;涂层在热处理过程中会发生y．A1203向a—A1203的转变,且有Ti02相析出。     

Effect of Particle and Carbide Grain Sizes on a HVOAF WC-Co-Cr Coating for the Future Application on Internal Surfaces: Microstructure and Wear

The use of nanoscale WC grain or finer feedstock particles is a possible method of improving the performance of WC-Co-Cr coatings. Finer powders are being pursued for the development of coating internal surfaces, as less thermal energy is required to melt the finer powder compared to coarse powders, permitting spraying at smaller standoff distances. Three WC-10Co-4Cr coatings, with two different powder particle sizes and two different carbide grain sizes, were sprayed using a high velocity oxy-air fuel (HVOAF) thermal spray system developed by Castolin Eutectic-Monitor Coatings Ltd., UK. Powder and coating microstructures were characterized using XRD and SEM. Fracture toughness and dry sliding wear performance at three loads were investigated using a ball-on-disk tribometer with a WC-Co counterbody. It was found that the finer powder produced the coating with the highest microhardness, but its fracture toughness was reduced due to increased decarburization compared to the other powders. The sprayed nanostructured powder had the lowest microhardness and fracture toughness of all materials tested. Unlubricated sliding wear testing at the lowest load showed the nanostructured coating performed best; however, at the highest load this coating showed the highest specific wear rates with the other two powders performing to a similar, better standard.     

Microstructure and Thermal Properties of Plasma Sprayed Thermal Barrier Coatings from Nanostructured YSZ

Nanostructured yttria-stabilized zirconia (YSZ) thermal barrier coatings (TBCs) were produced by atmospheric plasma spraying. The microstructure of the sprayed coating was characterized by transmission electron microscope (TEM) and scanning electron microscope (SEM). The nano-coating had a higher porosity of ~25% than the conventional coating, which is mainly attributed to the large amount of intersplat gaps in the nano-coating. The thermal conductivity for the nano-coating was in the level of 0.8-1.1 W/m·K, about 40% lower than that for the conventional coating, indicating a better thermal insulation performance. The nano-TBC exhibited a thermal cycling lifetime of more than 500 cycles, whereas spallation failure of the conventional TBC occurred within 200 cycles. Accelerated sintering could be one of the reasons for the failure of the nano-TBC.     

用于热障涂层的锆酸钆材料研究进展

为了满足新型航空发动机的性能要求,需要开发出能在超高温条件下服役的热障涂层材料.近年来已有多种陶瓷材料被证实在热障涂层领域具有发展前景,在这之中,稀土锆酸盐材料有着高温下热导率较低与稳定性良好的特点,其中又以锆酸钆材料的热导率最低,热膨胀系数最高.概述了锆酸钆材料的结构特点,对其在高温下发生的有序无序转变进行了介绍,总...     

热障涂层先进结构设计研究进展

随着航空航天技术的不断发展,不断提高的涡轮前进口温度及恶劣的使用环境对镍基高温合金的使用性能提出了更高的要求。热障涂层是一种应用于涡轮发动机热端部件的表面技术,通过沉积在镍基高温合金表面,降低合金表面的温度。概述了采用传统单层层状氧化钇部分稳定氧化锆热障涂层的优势,包括较低的制备成本、便捷的制备方式及较低的层间热膨胀失配应力。同时,归纳了单层层状热障涂层在高温环境下存在的问题,包括氧化锆相变与烧结造成的涂层失效,以及热膨胀系数和断裂韧性较差的新型陶瓷材料无法直接制备在黏结层表面。在此基础上重点综述了近年来热障涂层先进结构设计的研究进展,包括双层层状结构、柱状结构、垂直裂纹结构及复合结构热障涂层,其中复合结构包括激光表面改性结构、梯度涂层结构及粉末镶嵌结构热障涂层。针对各种先进结构热障涂层,分别从微观结构、热震寿命、涂层内部应力、耐腐蚀性能、抗氧化性能等方面进行了归纳,并总结了各先进结构热障涂层现阶段发展的不足之处。最后展望了热障涂层先进结构设计的发展方向。     

K417G高温合金纳米氧化锆热障涂层的制备与性能

通过探讨喷涂工艺参数对纳米氧化锆涂层结构和性能影响的规律，使纳米氧化锆未熔颗粒基本上保持原始氧化锆粉末的纳米级晶粒大小，熔化的颗粒则起粘结剂的作用，使涂层内氧化锆颗粒问结合牢固，涂层结构致密。纳米氧化锆热障涂层与常规氧化锆涂层相比导热系数降低，隔热效果得到明显提高。力学试验结果则表明，纳米结构热障涂层在硬度、抗热冲击性能、耐冲击性以及结合强度等方面都明显高于常规粉末制备的涂层。     

Mullite and Mullite/ZrO2-7wt.%Y2O3 Powders for Thermal Spraying of Environmental Barrier Coatings

Mullite and mullite/ZrO₂-7wt.%Y₂O₃ coatings could be thought among the main protective layers for environment barrier coatings (EBCs) to protect Si-based substrates in future gas turbine engines. Considering that feedstock of the compound powder is not commercially available, two powder processing routes Spray Drying (SD) and Flame Spheroidization (FS) were implemented for both types of powders. For each method the particle size, the morphology, and microstructure of the powder particles was determined. In addition, the effect of the heat treatment on the powder crystallinity and microstructure of FS powders was also investigated. To evaluate their suitability as feedstock materials, the powders were plasma sprayed and their in-flight particle characteristics monitored for coatings production. The powder morphology was correlated to the in-flight particle characteristics and splat morphology to gain insight about into the influence of powder characteristics on the coating formation.     

氧化锆粉体的制备及其在热障涂层中的应用

分别描述了纳米氧化锆粉体与空心球氧化锆粉体的制备工艺，分析了不同工艺影响氧化锆产物形态、结构、粒度等方面的因素，并将2种粉末制备的涂层分别与传统微结构涂层进行性能对比。在分析由不同氧化锆粉末制备而成的涂层性能时，除了工艺参数外，更多的是考虑初始氧化锆粉末对涂层性能所带来的影响。期待在未来的研究中，能够优化现有或者探索出更优异的制粉工艺，研究出性能更加优良的新型粉末，以期能够提高热障涂层的性能，满足高精尖领域在未来的使用需求。最后，针对不同制粉工艺及不同粉末制备涂层的发展方向进行了展望。