电子束物理气相沉积热障涂层抗冲蚀性能研究

本文采用真空电弧镀技术(AIP)在DZ408高温合金基体上沉积HY3(NiCrAlYSi)金属粘结层,采用电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)在HY3粘结层上沉积YSZ陶瓷面层,研究了热障涂层的抗冲蚀性能。对于沉积热障涂层的试样进行了抗冲蚀试验,来评价其抗冲蚀性能,通过扫描电镜(SEM)分析冲蚀前后的试样显微形貌,用X-射线衍射仪分析涂层的相结构,通过质量冲蚀率对涂层抗冲蚀性能进行表征。试验结果表明在相同冲蚀条件下,TBC涂层冲蚀率随冲蚀时间的增加而增加;涂层经光饰处理后降低了TBC的表面粗糙度,提高了TBC的抗冲蚀能力。     

等离子喷涂-物理气相沉积制备7YSZ热障涂层及其热导率研究

通过等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术在3种不同工艺参数下制备7YSZ热障涂层。采用XRD和SEM分析涂层的相结构和微观组织,利用激光脉冲法测量涂层不同温度下的热导率。结果表明:通过调整工艺参数中电流的大小和等离子气体成分,可以制备截面呈柱状、致密层状和柱-颗粒状混合组织结构,表面呈"菜花"状或起伏的多峰状的YSZ热障涂层。涂层的相结构由粉末的单斜相氧化锆(m-ZrO_2)转变为涂层中的四方相氧化锆(t-ZrO_2),并保留至室温。在700~1100℃时,YSZ涂层的热导率随着温度的升高而增大。柱状晶结构涂层因具有较大的孔隙率,可以有效降低涂层的热导率,其热导率为1.0~1.2W·m~(-1)·K~(-1);而层状结构涂层由于比较致密,其热导率相对较高。     

用球坑仪测量多层膜的厚度

本文叙述了球坑仪的结构及工作原理，用一台自制的球坑仪测量了镍箔片和铬／铜／ 铁三层膜的厚度。     

物理气相沉积TiN复合涂层研究进展

物理气相沉积（ＰＶＤ）ＴｉＮ涂层已获广泛应用。为克服单一ＴｉＮ涂层的缺陷及进一步改善Ｔｉｎ涂层的性能,近年来致力于复合涂层的研究。本文综述了ＴｉＮ＋Ｔｉ、ＴｉＮ＋化学镀Ｎｉ－Ｐ、ＴｉＮ＋氮化等复合涂层的工艺、组织和性能之间的关系,并探讨了过渡层的作用。     

EB—PVD热障涂层的失效行为研究

利用Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）、扫描电镜（ＳＥＭ）及能谱分析（ＥＤＸＳ）技术，对ＥＢ－ＰＶＤ热障涂层（ＴＢＣｓ）中陶瓷面层在热冲击和循环氧化试验前后的形和变化进行了分析，研究了陶瓷面层的生长形态和相且分对热障涂层耐久性的影响。     

等离子喷涂-物理气相沉积7YSZ热障涂层高温氧化过程中的阻抗谱分析

采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)在预处理的粘结层表面制备了柱状结构的7YSZ热障涂层,并在大气环境下测试了该涂层在950℃的静态高温氧化性能。利用透射电镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)等对热障涂层进行了表征,并采用阻抗谱分析研究了该涂层在高温氧化过程中的结构演变过程。结果表明,7YSZ热障涂层是由二次柱状晶及其纳米间隙、柱状枝晶间孔隙和分布在枝晶上的微纳米固态颗粒组合形成。阻抗分析表明,热生长氧化物(TGO)层在高温氧化150 h后氧空位含量减少,致密度增加。在高温氧化过程中,二次柱状晶的内部结构没有发生明显改变。此外,氧化过程中YSZ层内形成的烧结收缩裂纹是导致YSZ晶界电容值减小、电阻值增加的主要原因。     

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。     

用球坑仪测量固体表面的硬度——球坑直径与磨坑时间的关系

本文利用球坑仪对四种常用材料铝、铜、铁和钢进行了磨坑试验，测量了不同时刻的球坑直径，给出了球坑直径与磨坑时间的数学关系。     

热障涂层导热率的测量及控制技术

摘要：作为一种有效的改善发动机的性能、减少发动机零部件的成本，延长其使用寿命的技术，热障涂层(TBC)已得到了越来越广泛的应用。在所有涉及热障涂层性能的物理参数中，导热率被认为是最重要的指标之一。本文介绍了热障涂层技术的发展现状，总结了热障涂层导热率测量的3种主要方法(激光发射法、3-ω法和光声法)的优缺点及适用范围，讨论了减少热障涂层导热率的主要技术。从试验数据来看，加入特殊的添加剂、改善涂层的微观组织构、采用多层复合结构是降低若障涂层导热率的有效方法。     

EB-PVD在热障涂层中的研究及应用

EB-PVD是以高能电子束为热源的一种蒸发镀膜技术.在真空的环境下,高能离子束轰击靶材(金属,陶瓷等),使其融化、升华、蒸发,最后沉积在基片上.由于EB-PVD技术具有蒸发和沉积速率高,涂层致密,化学成分易于精确控制,可得到柱状晶组织,无污染,热效率高,基片与薄膜之间有较强的结合力等诸多优点,已被广泛应用于国防和民用领域.本文介绍了EB-PVD技术在制备热障涂层时优势、不足与改进措施.     

物理气相沉积TiN多元涂层和多层涂层的研究进展

综述了近年来物理气相沉积TiN多元涂层和多层涂层的研究,并指出通过合理的多元和多层涂层设计、TiN多元涂层和多层涂层能克服单一TiN涂层的不足,综合不同组元和不同单层的优势,从而获得优良的结合强度、硬度、耐磨性和高温性能,是今后物理气相沉积技术极有潜力的发展方向之一。     

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。     

表面粗糙度对PS-PVD热障涂层陶瓷层沉积的影响

研究基于等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)工艺的沉积表面的粗糙度对YSZ陶瓷层结构的影响,初步阐明了表面粗糙度对陶瓷层气相沉积过程的影响和涂层结构的形成规律。采用PS-PVD工艺在预制有NiCoCrAlYTa黏结层的K417G高温合金上制备YSZ陶瓷层;采用SEM、粗糙度检测仪、3D表面形貌仪等方法分析PS-PVD YSZ陶瓷涂层的形貌和结构特征。基体表面粗糙度对PS-PVD涂层结构有很大影响。结果表明:当基体表面粗糙度分别为 R a≤2μm, 2μm< R a<6μm, R a≥6μm时,涂层粗糙度分别在3.5~5,6~10,10~15μm区间;特征表面形貌"菜花头"的直径随着基体表面粗糙度的增加而逐渐增大, d P=38.5μm, d 280S =25.5μm, d 60S =38.7μm, d 24S =102μm, d S=137μm。表面粗糙度主要通过PS-PVD气相沉积过程中的阴影效应来影响涂层生长和形成差异性结构,随着基体表面粗糙度的增加,YSZ陶瓷层受阴影效应影响增大,表面形貌"菜花头"尺寸和柱状结构间间隙增大,形成更加疏松的结构。     

热障陶瓷涂层的最新发展

综述了现代航空发动机用热障陶瓷涂层的最新发展，着重介绍了双陶瓷层，电子束物理气相沉积（EB－PVD）和溶液等离子喷涂（SPS）纳米热障陶瓷涂层的性能和特点。     

物理气相沉积技术制备的硬质涂层耐腐蚀的研究进展

根据物理气相沉积技术制备的硬质涂层的腐蚀机制，指出提高硬质涂层的抗腐蚀性能的关键在于提高涂层的致密性和涂层/基材界面的性能，对提高硬质涂层耐蚀性的各种措施分别予以评述，提出了今后的研究方向。     

沉积入射角度对热障涂层形貌和性能的影响

采用真空电弧镀（ARC）技术在DZ125合金基体上制备NiCrAlYSi(HY3)金属粘结层,然后采用电子束物理气相沉积（EB-PVD）技术,分别以0°、20°、40°、60°和80°五种入射角度沉积氧化钇稳定氧化锆（6～8YSZ）陶瓷涂层,研究了入射角度对涂层形貌和性能的影响。结果表明：五种入射角度的热障涂层均能形成柱状晶结构,随着入射角度增加,孔隙率和柱状晶倾斜角度均逐渐增加,涂层厚度逐渐减小;对带涂层试样进行结合强度测试,入射角度0°～40°时涂层的结合强度均在55MPa以上,入射角度增加到80°时,结合强度降低到15.7MPa;热冲击条件下,陶瓷面层和基体之间形成TGO,由于不同入射角度下涂层孔隙率不同,TGO生长速度不一致,导致其热冲击寿命存在明显差异,入射角度为0°～40°时涂层的热冲击寿命均超过4000次,入射角度为60°时涂层的热冲击寿命为3371次,入射角度为80°时涂层的热冲击寿命最短,仅为1836次。     

抗固体粒子冲蚀物理气相沉积涂层的研究进展

压气机是航空发动机核心部件之一,其叶片常用钛合金制成。但钛合金本身质地较软,抗击固体粒子冲蚀能力较弱,空气中固体粒子在高速气流作用下将对压气机前级叶片造成严重冲蚀,从结构及航空动力学上降低发动机性能。同时,也使得发动机的寿命大幅下降。为提高压气机叶片的抗固体粒子冲蚀能力,通常在叶片上沉积具有一定硬度和韧性的抗冲蚀涂层。本文综述了国内外近年来抗固体粒子冲蚀物理气相沉积涂层的研究进展。指出多组元、多层膜结构涂层在拥有较高硬度的同时,可以获得较高韧性,具有良好的综合机械性能,是抗冲蚀涂层的理想选择。     

物理气相沉积在耐腐蚀涂层中的应用

PVD(物理气相沉积)作为一种新型绿色的镀膜技术,由于涂层具备硬度高、耐磨性好、摩擦系数低、化学性能稳定、耐热耐氧化的特点,使其在机械、电子和光学行业得到广泛应用。近些年来随着PVD技术应用领域的不断扩展,对涂层的性能提出了更高要求,在保障力学性能的同时,如何提高涂层耐蚀性成为研究热点。概述了PVD技术应用于材料防腐的相关研究,综述了PVD涂层的成分、结构与耐蚀行为的关系,同时分别阐述了在PVD技术中提高涂层耐蚀性能的方法与机理。     

EB-PVD 热障涂层TGO中氧化物混合区的形成及其影响

研究了电子束物理气相沉积热障涂层在1150～30℃之间的循环氧化行为;分析了TGO中YSZ-Al2O3混合区的形成过程及其对TGO的生长与TBCs失效的影响.TGO的向外生长和TBC沉积时形成的YSZ细晶区是形成YSZ-Al2O3混合区的两个重要条件.YSZ-Al2O3混合区对TBCs失效的影响表现在加速TGO的生长和裂纹易在该混合区形成两方面.     

"渗氮/物理气相沉积"复合涂层研究的新进展

介绍了"渗氮/物理气相沉积(PVD)"复合涂层在涂层结构设计、工艺与性能、失效与强化机制等方面研究的最新进展.与单一涂层相比,"渗氮/PVD"复合涂层表现出更好的物理力学性能,明显提高了工模具的耐用性.渗氮层的引入不仅显著地提高了基材表面的承载能力和膜/基结合力,而且还提高了钢表面的疲劳强度、耐磨性能、热冲击及化学抗力,尤其是在承受高载荷情况下的失效抗力.经过十几年的研发,复合涂层已开始进入商业应用阶段,在高速钢切削刀具和各种精密工模具上有广阔的应用前景.