热障涂层的研究现状与发展趋势

热障涂层是一类高温防护涂层,由于其应用的广泛性,已成为近年来涂层研究领域的热点之一。对热障涂层国内外的研究进展进行了综述,重点阐述热障涂层成分的选择、热障涂层的结构设计、热障涂层的制备工艺、热障涂层的失效机理、寿命预测以及热障涂层的发展趋势。     

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.     

等离子喷涂梯度热障涂层的抗热震性能

对比研究了等离子喷涂梯度热障涂层与双层热障涂层,试验中梯度热障涂层选用不同比例的NiCoCrAlY与ZrO₂-8%Y₂O₃复合粉末作为梯度过渡层材料,并对两种结构的热障涂层进行了抗热震性能试验。抗热震试验结果表明,梯度热障涂层的抗热震寿命明显高于双层热障涂层的抗热震寿命。     

镍基合金涡轮叶片热障涂层研究进展

热障涂层技术是提升航空发动机性能的关键因素之一,随着航空发动机技术的发展,对热障涂层也提出了更高的要求。为适应镍基合金涡轮叶片热胀涂层的使用要求,热胀涂层的陶瓷面层发展出（YSZ+A2B2O7）结构涂层。热障涂层陶瓷面层常用的制备方法包括等离子喷涂技术和电子束物理气相沉积技术,金属粘结层常用的制备方法包括真空电弧镀技术和化学气相沉积技术。热障涂层低膨胀系数金属粘结层技术、热障涂层修复技术、新一代热障涂层材料、建立科学的热障涂层性能评价体系等是未来热障涂层的主要发展方向。     

热障涂层的研究进展

热障涂层(Thermal Barrier Coatings.TBCs)常作为航空发动机和燃气轮机受高温零件的保护涂层,以提高设备的工作温度和效能,同时减少温室气体的排放量。本文对热障涂层概述、国内外发展现状、热障涂层的应用、热障涂层的发展趋势几方面进行了综述,希望对热障涂层的研究进展有所了解。     

热障涂层研究进展

综述了热障涂层的设计思想和工作原理、部分稳定氧化锆陶瓷面层成分的选择、热障涂层制备方法及ＡＰＳ和ＥＢ－ＰＶＤ制备热障涂层的典型结构,分析热障涂层高温氧化等引起涂层破坏的因素。     

声发射技术在热障涂层失效机理中的研究进展及展望

热障涂层（TBCs）具有优异的高温抗氧化、高温力学和抗热腐蚀性能而备受关注,广泛应用于航空发动机和燃气轮机热端部件中。热障涂层服役环境的恶劣和涂层体系结构的复杂,极易导致涂层发生界面分层或剥落失效,因此通过对热障涂层的裂纹萌生和扩展问题进行实时监测,对于失效机理研究显得尤为重要。简述光激发荧光压电光谱（PLPS）、红外热成像（IRT）、阻抗谱（IS）的原理及其在热障涂层失效行为研究中的应用,重点介绍声发射技术在热障涂层失效机理方面的研究成果。基于声发射的热障涂层失效过程的信号分析和深度处理,结合声发射技术在热障涂层中的参数分析和波形分析,对热障涂层失效过程及失效形态进行模式识别,通过损伤程度的定量评估来进行热障涂层的寿命预测。对声发射技术在热障涂层失效预测及寿命评估指明了方向,并创新性地对未来声发射技术在热障涂层的疲劳损伤方面研究趋势提出展望。     

热障涂层的制备及其失效的研究现状

热障涂层作为航空发动机和燃气轮机高温部件的保护涂层,其抗高温失效能力直接决定了部件的工作效率和寿命.回顾热障涂层的发展历史及研究现状,着重介绍了热障涂层的主要制备方法及其相应涂层的结构特征,综述了各类热障涂层失效的影响因素和失效机理.     

自修复热障涂层与激光制备方法研究现状

热障涂层是涡轮发动机制造的关键技术之一,在航空及能源动力领域有着十分重要的作用。经过半个世纪的研发,热障涂层技术已经取得了可喜的进展,但是仍然不能满足燃气涡轮发动机向大推力、高效率、低油耗和长寿命方向发展的要求。本文在介绍热障涂层技术发展历程与失效机理的基础上,阐述了自修复热障涂层的工作机理和研究现状,并分析了激光制备热障涂层研究成果,预测了热障涂层激光制备的技术前景。     

热喷涂热障涂层孔隙与涂层性能关系研究进展

孔隙在热障涂层中较为常见,孔隙对热障涂层的性能有利有弊。对热障涂层陶瓷层中孔隙的形成机理进行了综合分析,总结了热障涂层孔隙结构的调控方法,讨论了孔隙结构特征对热障涂层隔热性能和力学性能的影响。孔隙结构的引入将引起力学性能的下降,同时降低热障涂层的热导率,提高隔热效果。孔隙结构特征参数包括孔隙形状、孔隙间距、孔隙倾斜角、孔隙高宽比等,其中孔隙的倾斜角和高宽比对涂层导热性能的影响尤为重要,是孔隙结构的关键特征参数。通过原始粉末孔隙结构的保留、造孔剂(有机造孔剂、无机造孔剂)的搭配造孔、制备工艺(临界等离子喷涂参数、粒子扁平率等)的调节以及后续的孔隙处理,可实现热障涂层孔隙结构的调控。在实际应用过程中应同时兼顾力学性能和隔热性能,最重要的是保证热障涂层的有效寿命,需要综合考虑力学性能与导热性能的匹配。通过热障涂层孔隙结构特征的设计及分布控制,可实现孔隙结构高性能、高可靠性热障涂层的制备。     

地面重型燃气轮机及其热障涂层的研究进展与发展趋势

国际公认的重型燃气轮机制造尖端技术之一—热障涂层技术,高温下通常面临CMAS(CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂)腐蚀、氧化、相变与烧结等问题,其抗CMAS腐蚀性等关键性能极大地影响涂层寿命,提高热障涂层的性能刻不容缓。对重型燃气轮机用热障涂层的研究进展与发展趋势进行全面总结与分析。首先介绍国内外重型燃气轮机的现状及发展趋势、热障涂层的系统结构、材料和几种典型的制备工艺,然后针对高温下燃气轮机热障涂层遇到的一些问题,对其隔热性、抗氧化性及抗热震性等关键性能的研究进展进行综述,最后分类详述热障涂层的CMAS腐蚀机理及其防护研究进展。综述热障涂层的几种关键性能,提出热障涂层的性能与其材料、结构及制备工艺密切相关,据此总结归纳提高热障涂层性能的方法,为热障涂层性能的提高提供参考依据,以弥补燃气轮机热障涂层领域目前缺乏这类综述文章的不足。     

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。     

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。     

EB-PVD热障涂层热循环性能评价方法研究

制备8批次EB-PVD双层结构热障涂层试样,采用循环加热快速冷却实验装置模拟热障涂层服役环境,开展了热障涂层试样在不同热循环保温时间条件下的热循环性能评价实验,采用指数下降的数学模型对热循环实验数据进行拟合分析,获得了表征热障涂层试样静态氧化性能和热疲劳性能的物理量。结果表明,在本实验工艺条件下制备的不同批次热障涂层试样的静态氧化性能和热疲劳性能具有不同的匹配关系,热障涂层试样静态氧化性能总体估计值为(677±194)h,热疲劳性能总体估计值为(6789±1818)次。     

热障涂层抗腐蚀研究进展

腐蚀是燃气轮机涡轮叶片Y2O3稳定ZrO2(YSZ)热障涂层失效的主要原因.本文系统总结了YSZ热障涂层服役过程中面临的腐蚀环境:高温相变、烧结与氧化腐蚀,Na2SO4和V2Os熔盐腐蚀,以及熔融钙镁铝硅酸盐玻璃(CMAS)腐蚀.分析了YSZ热障涂层腐蚀机理,讨论了提高热障涂层抗腐蚀性能的理论和方法,指出了热障涂层抗腐蚀研究发展方向.     

热障涂层体系界面屈曲破坏实验测试研究

针对实际应用中热障涂层体系发生界面屈曲破坏的工程问题,通过合理设计预埋界面缺陷的热障涂层样品,采用无损非接触式变形测试技术(数字图像相关法)和热力环境加速实验法,研究了空心圆柱体结构热障涂层体系的界面屈曲破坏问题。通过控制实验条件,再现了服役中热障涂层系统出现的不可预测性的界面屈曲破坏现象,并对其失效机理进行了合理的解释,为进一步了解和研究热障涂层体系界面屈曲破坏问题起到重要的指导作用。     

DS GTD111合金及YSZ/CoCrAlY型热障涂层在950℃的热腐蚀行为

采用EB-PVD技术在DS GTD111合金表面沉积制备YSZ/CoCrAlY热障涂层,研究了DSGTD111合金及热障涂层在950℃的热腐蚀行为,进行了腐蚀动力学及腐蚀产物分析。结果表明:950℃涂盐条件下热腐蚀100 h,热障涂层试样粘结层表面氧化物或腐蚀产物层的厚度与试验合金相比有很大程度的减小,施加热障涂层在很大程度上改善了合金抗950℃熔盐热腐蚀能力,热障涂层失效开裂部位为TGO与粘结层界面。950℃涂盐条件下热腐蚀100 h,YSZ/CoCrAlY型热障涂层的热腐蚀行为受合金基体影响作用不显著。     

热障涂层制备工艺的综述

对热障涂层的概念、材料选择、制备工艺的现状和未来的发展趋势进行了综述。介绍了各种热障涂层制备工艺,对不同工艺的优缺点进行了对比,指出目前制备热障涂层的主要工艺是等离子喷涂和电子束物理气相喷涂。而激光熔覆涂层结合强度高,冷喷涂涂层孔隙率低,这些优势也必将使这些新技术在热障涂层制备方面得到越来越广泛的应用。最后提到开发新材料新工艺、不同工艺的联用和数值模拟与传统热障涂层制备技术的结合是未来的发展趋势。     

热障涂层界面形貌尺寸与残余应力的关系

利用ANSYS有限元分析软件对热障涂层中的残余应力进行了模拟分析，得出了界面形貌尺寸与残余应力之间的关系。模拟结果表明，热障涂层中的残余应力是界面形貌尺寸的函数。这些结论为提高涂层界面结合强度的热障涂层界面造形提供了理论支持，也为热障涂层界面的优化提供了指导意见。     

纳米氧化锆热障涂层组织结构和抗热冲击性能分析

采用大气等离子喷涂技术制备了纳米氧化锆热障涂层和常规热障涂层.利用FESEM和XRD对纳米氧化锆热障涂层的组织结构和物相组成进行分析.系统研究了两种热障涂层的抗热冲击性能.微观组织分析结果表明,纳米氧化锆热障涂层展现出独特的纳米—微米复合结构,包括柱状晶和未熔融或部分熔融纳米颗粒.非平衡四方相是涂层的主要物相.抗热冲击性能试验结果表明,纳米氧化锆热障涂层拥有更为优越的抗热冲击性能,这主要得益于其相对致密的结构以及微裂纹、纳米晶粒、小孔径孔隙的应力缓释作用.热应力失效是涂层失效的主要原因.