IC-6高温合金的氧化性能与防护

测定了IC－6高温合金在900℃－1100℃的氧化动力学曲线。结果表明：900℃，IC－6合金的氧化膜主要由α－Al2O3、NiAl2O4和NiO构成并含有少量的NiMoO4和MOo2.1050℃和1100℃氧化时，IC－6合金表面生成了挥发性很强的MoO3，发生了氧化失重，IC－6合金上沉积NiCoCrAlY涂层后，900℃，涂层的氧化膜主要为α－Al2o3；1050℃时，氧化膜主要为α－Al2O3和Cr2O3，大大改善了合金的抗氧化性；1100℃时，氧化膜主要由α－Al2o3、NiAl2O4和NiO构成，涂层虽然有一定的保护性，但效果不如900℃和1050℃时显著，形成以α－Al2O3和Cr2O3为主的氧化膜是使合金沉积NiCoCrAlY涂层后抗氧化能力大大提高的直接原因。     

等离子喷涂热障涂层相结构的研究

研究了等离子喷涂两层热障涂层在大气和真空环境下，经1100℃不同时间扩散处理后相结构的变化。结果表明，喷涂过程中，ZrO2发生M相→T相转变；经大气环境扩散处理后，ZrO2发生T相→M相转变，NiCrAlY相被氧化形成Al2O2和NiAl2O4相，同时r'-Ni3Al相有强烈的择优取向。     

等离子喷涂Al2O3与ZrO2复合热障涂层的高温性能

采用等离子喷涂(PS)方法，在GH536高温合金基材上制备了传统的双层热障涂层(TBCs)和2种含有Al2O3与ZrO2陶瓷复合层的3层热障涂层。传统TBC8结构为Ni22Cr10AlY合金连接层和8％Y2O3部分稳定的ZrO2(8YPSZ)陶瓷顶层；3层TBCs中分别采用置于8YPSZ陶瓷层内层及外层的Al2O3与8YPSZ复合层。3种类型试样的100h。1050℃静态氧化试验及1050℃热震试验结果表明：3层涂层较双层涂层的氧化阻力提高，双层涂层的热震阻力最佳，氧化阻力最差。不同复合层形式试样的热振失效方式和寿命也有差别，复合层置于陶瓷层外层热震寿命略高，但100h氧化增重有明显提高，抗氧化性降低。     

低压等离子喷涂NiCoCrAlYTa涂层的氧化动力学

采用低压等离子喷涂技术在镍基单晶高温合金上制备NiCoCrAlYTa涂层,研究涂层在900、1000和1100℃下恒温氧化200h的氧化动力学规律。通过表面XRD和SEM分析,初步探讨了氧化动力学规律与氧化产物的关系。结果表明：900℃时NiCoCrAlYTa涂层的氧化曲线符合对数规律,氧化产物主要为θ-Al2O3相;1000℃时NiCoCrAlYTa涂层的氧化曲线符合抛物线规律,氧化产物主要是θ-Al2O3和α-Al2O3相的混合物;1100℃时NiCoCrAlYTa涂层的氧化符合立方规律,氧化产物主要是α-Al2O3相。根据实验结果经计算得到NiCoCrAlYTa涂层氧化过程中θ-Al2O3的形成激活能为151．78kJ／mol,α—Al2O3的形成激活能为270．25kJ／mol。     

电热爆炸喷涂NiAl涂层的热循环氧化行为

采用电热爆炸喷涂法在DZ125高温合金表面制备了NiAl涂层,研究了该涂层1050℃下的循环氧化行为.利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和显微硬度计对热循环后的试样进行了分析.结果表明.所制备的NiAl涂层致密、晶粒细小、与基体结合良好.涂层在1050℃热循环后其表面生成了致密的Al2O3氧化层,这层Al2O3保护膜能阻止氧向内扩散,减缓内层的氧化速率,从而起到了保护基体的作用.经热循环后,基体与涂层的硬度均有所降低.     

爆炸喷涂NiCrAlY涂层的高温抗氧化行为

利用XRD，SEM和EDS检测了爆炸喷涂NiCrAlY涂层的高温氧化行为。结果表明，涂层1050℃恒温氧化动力学曲线符合抛物线规律，涂层表面生成Al2O3保护膜。氧化300h，表面氧化膜基本保持完好，涂层／基体界面无开裂，基体表层出现铝与氮的化合物。与不加涂层的单晶镍基高温合金基体比较，爆炸喷涂的NiCrAlY涂层高温抗氧化能力明显增强。     

NiCrAlY涂层的表面状态对高温氧化行为的影响

将原始喷涂态和表面抛光的NiCrAlY涂层在1050℃恒温氧化300h，利用XRD、SEM，EDS方法，测定涂层的氧化物及其相转变，分析表面氧化膜的生长破坏行为，结果表明：两种涂层在1050℃保温，在150h以内均能生成α-Al2O3氧化膜，150h后，抛光态涂层保护性氧化膜被破坏，抗氧化能力下降，喷涂态涂层表面粗糙，连续Al2O3保护膜的形成较晚，氧化早期氧化膜中存在微裂纹，可释放应力，有利于氧化膜与涂层的结合。氧化动力学曲线符合抛物线规律，氧化至300h，表面氧化膜只有少量微裂纹，无剥落，说明喷涂涂层的长期恒温抗氧化能力比抛光态涂层强。     

NiAl微晶涂层对两种NiAl基共晶合金高温氧化性能的影响

研究了磁控溅NiAl微晶涂层对NiAl－28Cr-5Mo-1Hf和NiAl－33.5Cr-0.5Zr两种共晶合金在1000－1150℃静态空气中氧化性能的影响，添加Cr,Mo,Hf,Zr等元素使NiAl合金由单相转变为多相结构，高温氧化后表面分别形成抗氧化性能较差的Al2O3 CrO3 HfO2和Al2O3 Cr2O3 ZrO2复合氧化膜，并且发生严重的内氧化。施加NiAl微晶涂层后，高温下表面形成致密的单一氧化物Al2O3，抗氧化性能得到明显提高。     

等离子喷涂热障涂层高温 TGO 的形成与生长研究

目的研究热障涂层(TBC)和纯粘结层(BC)在1100℃下的氧化动力学,探讨热障涂层中热生长氧化物(TGO)组织结构的演化规律。方法运用大气等离子喷涂技术(APS)制备涂层,对比分析热障涂层和纯粘结层涂层在1100℃下等温氧化2,5,10,20,50,100,200,350 h后TGO的厚度变化,并对粘结层表面和热障涂层截面分别进行XRD和SEM分析。结果热障涂层和纯粘结层在1100℃下的氧化动力学均遵循抛物线规律,其氧化速率常数分别为0.344,0.354μm/h0.5。等温氧化5 h后,TGO的主要成分为α-Al2O3;随氧化时间的增加,生成Cr2O3、尖晶石、Co O和Ni O的混合氧化物;等温氧化100 h后,Co O消失,Ni O的含量减少,Cr2O3和尖晶石氧化物的含量增加;等温氧化350 h后,TGO中出现了裂纹,但涂层仍未剥落,TGO最终由顶层多孔的混合氧化物层和底层具有柱状晶结构的α-Al2O3层组成。结论顶层陶瓷层(TC)对热障涂层氧化速率常数的影响很小。TGO中α-Al2O3首先形成并以柱状结晶的方式生长,混合氧化物在α-Al2O3上形成,TGO生长速度逐渐变缓。     

等离子-激光复合制备NiCrAlY-Al2O3层的抗氧化性研究

研究了等离子-激光(plasma spraying and laser remelting,PS&LR)复合制备NiCrAlY-Al2O3层的抗氧化性能.Al2O3的加入量为(质量分数,%)10～30,粒度分50～75μm和0.31μm两种.1000℃、1050℃下的等温氧化结果表明,PS&LR法制备的涂层氧化速率仅为等离子喷涂层的1／2，NiCrAlY-Al2O3层的氧化速率低于NiCrAlY层，且随Al2O3第二相含量的增加或粒径的减小，涂层氧化速率减小。通过氧化动力学曲线、氧化物的形貌和结构，分析了Al2O3第二相和激光重熔改善NiCrAlY等离子喷涂层抗氧化性的机理。     

Preparation and thermal conductivities of Gd2Ce2O7 and (Gd0.9Ca0.1)2Ce2O6.9 ceramics for thermal barrier coatings

Two kinds of rare earth cerium oxides Gd₂Ce₂O₇ and (Gd_0.9Ca_0.1)₂Ce₂O_6.9 were prepared by solid state reaction method at 1600 °C for 10 h. The phase compositions, microstructures, and their thermal conductivities of these materials were investigated. XRD results revealed that single phase Gd₂Ce₂O₇ and (Gd_0.9Ca_0.1)₂Ce₂O_6.9 with fluorite structure were synthesized. Results of SEM and EDS showed that the microstructures of these materials were dense and no other phases existed among grains. Because of phonon scattering resulted by the oxygen vacancies and difference in atomic mass between substitutional atoms and host atoms, thermal conductivities of Gd₂Ce₂O₇ and (Gd_0.9Ca_0.1)₂Ce₂O_6.9 are lower than that of 8YSZ at 800 °C, and thermal conductivity of (Gd_0.9Ca_0.1)₂Ce₂O_6.9 is lower than that of Gd₂Ce₂O₇. These results imply the Gd₂Ce₂O₇ and (Gd_0.9Ca_0.1)₂Ce₂O_6.9 can be used as novel candidate materials for thermal barrier coatings in the future.     

等离子喷涂(La0.4Sm0.5Yb0.1)2Zr2O7涂层的热性能研究

本文采用大气等离子喷涂制备了(La0.4Sm0.5Yb0.1)2Zr2O7涂层,并在相同的条件下制备了Sm2Zr2O7涂层作为对比。分别用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析 LSYZO涂层的微观形貌和相结构,并对两种涂层的热导率进行测定。结果表明,等离子喷涂后LSYZO涂层的相结构未发生变化。LSYZO涂层的结合强度为22 MPa,与SZO涂层相当。LSYZO涂层热震40次后发生失效,其热导率明显低于SZO涂层,这主要与LSYZO陶瓷自身的复杂结构有关。     

Ni-CeO2复合镀层厚度对δ-Ni2Al3-CeO2/Ni-CeO2涂层体系扩散行为的影响

在Ni基体电沉积不同厚度的Ni-CeO₂复合镀层并对其进行620 °C低温渗铝,制备了剩余复合镀层厚度分别约为10和45 μm厚的δ-Ni₂Al₃-CeO₂/Ni-CeO₂涂层体系。1000 °C真空退火5 h后,以上两种涂层体系均可在铝化物/镀层界面形成CeO₂富集层。但剩余复合镀层厚度为10 μm的涂层体系由于氧化物富集程度不足,涂层退化程度较剩余复合镀层厚度为45 μm的涂层体系严重。可见,在镀层氧化物颗粒含量一定的情况下,渗铝后剩余镀层厚度是影响扩散障有效性的重要因素。     

一种可内生Al2O3扩散障的δ-Ni2Al3-Cr2O3/ Ni-Cr2O3涂层体系

通过对Ni-Cr₂O₃复合镀层620 ℃部分渗铝制备了δ-Ni₂Al₃-Cr₂O₃/Ni-Cr₂O₃涂层体系。Cr₂O₃颗粒在渗铝的过程中和Al反应生成更为稳定的Al₂O₃。1000 ℃恒温氧化20 h后发现,铝化物涂层和复合镀层内掺杂的Cr₂O₃颗粒完全转化为Al₂O₃,并在铝化物涂层/Ni镀层界面自发形成了一层Al₂O₃富集层,该富集层起扩散障作用,阻碍铝化物涂层因互扩散所致的退化。     

ZrO2(ZrB2)活性扩散障界面演变行为的研究

本实验采用电子束物理气相沉积(Electron Beam Physical Vapor Deposition, EB-PVD)技术在镍基单晶合金Rene N5基体上制备出N5/(ZrB₂+ZrO₂)/ NiCrAl和N5/ZrO₂/ NiCrAl两组试样。然后,同时对其进行900℃/5h恒温氧化和1000℃/250h、1000℃/300h及1000℃/350h循环氧化,并采用SEM、EDS分析方法研究了界面演变行为及退化失效行为,结果表明,ZrB₂的加入对活性扩散障界面反应的生成速率有一定的延缓,但不影响具有阻扩散功能的Al₂O₃扩散障层的最终形成;并且,ZrB₂的加入提高了活性扩散障结构的服役寿命,改变了活性扩散障结构的失效方式。     

A2Zr2O7型稀土锆酸盐热障涂层研究进展

综述了国内外稀土锆酸盐热障涂层在制备技术,纳米涂层,涂层结构及涂层的热物理性能、力学性能及热腐蚀性能等方面的研究成果,讨论了稀土锆酸盐热障涂层在每个方面研究存在的不足。指出未来应该进一步改善稀土锆酸盐涂层的制备工艺及后处理工艺,提高涂层的结合强度,延长涂层的服役寿命,改善涂层耐腐蚀、抗烧结等性能;开发新的涂层制备工艺,重点研究各类纳米稀土锆酸盐涂层的性能;进一步提高涂层的隔热效果、服役温度及工作寿命。     

Al2O3/Au/Al2O3层状阻氚薄膜

采用磁控溅射法在316L不锈钢基体上分别沉积单层Al2O3膜、单层Au膜以及Al2O3/Au/Al2O3层状薄膜。采用气相渗透法在500℃,氘分压为0.06 MPa条件下测试了薄膜的阻氘性能。结果表明,3种薄膜氘渗透后,薄膜的形貌良好,无开裂、无剥落的现象,氘渗透率减低因子均比316L不锈钢基材增大一个数量级以上,阻氘效能按单层Al2O3膜、单层Au膜以及Al2O3/Au/Al2O3层状薄膜依次递升。Al2O3/Au/Al2O3层状薄膜的优异阻氘效能可归因于,延性的Au夹层使层状薄膜的力学性能得到显著提高;Al2O3层能阻止Au与基体间互扩散,使Au能充分发挥阻氘效能。本研究表明,由贵金属与陶瓷阻氚材料构成的层状薄膜是发展阻氚涂层的新途径。     

La3+,Ce4+共掺杂Sm2Zr2O7陶瓷的热物理性能

以Sm2O3,La2O3,ZrO2和CeO2为原料,采用固相反应法制备(Sm0.5La0.5)2(Zr0.7Ce0.3)2O7陶瓷。用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)分析样品的相成分和微观组织,用激光脉冲法和推杆法测量样品的热物理性能。结果表明,所制备的样品具有萤石晶体结构,且组织致密,晶界清晰,具有较低的热导率和较高的热膨胀系数。良好的热物理性能表明(Sm0.5La0.5)2(Zr0.7Ce0.3)2O7陶瓷有潜力用作热障涂层陶瓷层候选材料。     

表面陶瓷层厚度对Sm2Zr2O7/8YSZ热障涂层热冲击性能的影响

稀土锆酸盐与8YSZ所组成的双陶瓷层涂层是目前热障涂层领域研究的热点,而陶瓷层厚度对其热冲击性能有着显著影响。采用有限元软件ANSYS研究了表层厚度对Sm2Zr2O7/8YSZ热障涂层淬冲击热应力的影响,并与单一Sm2Zr2O7涂层进行了比较。结果表明,在Sm2Zr2O7/8YSZ涂层的表面处具有最大的径向热冲击应力,最大轴向应力则存在于陶瓷层/金属粘结层界面处,涂层各处剪应力基本相当。涂层表面及两陶瓷层界面处的径向热应力随表层厚度的增加而减小,陶瓷层/粘结层界面处径向应力则随表层厚度增加而增大。每个界面处的轴向应力随表层厚度增加而降低,而剪应力绝对值则随表层厚度增加而增大。与单一Sm2Zr2O7涂层相比,Sm2Zr2O7/8YSZ涂层的热应力明显偏小,说明增加涂层的层数有利益改善涂层的抗热冲击性能。