纳米YSZ热障涂层制备工艺及涂层环境试验研究

以结合强度为衡量指标,由L9（34）试验确立了等离子喷涂纳米YSZ制备热障涂层的最佳工艺参数。采用SEM对涂层微观组织结构及涂层相关性能进行了研究分析。结果表明,经优化工艺参数喷涂制备的YSZ热障涂层结合强度可达38.26MPa,厚度为0.37mm的该涂层在600℃时的隔热温度达到70℃,且该涂层具有良好的环境适应性。     

碳酸盐热分解制备纳米YSZ粉末及其涂层研究

以纯氧氯化锆、氧化钇和硝酸为原料,以碳酸铵沉淀剂,采用共沉淀法制备碳酸锆与碳酸钇的混合物,经喷雾干燥制粒、热处理后得到纳米YPSZ团聚粉末.由等离子喷涂方法制备了YPSZ涂层,用XRD、SEM等分析手段观察和确定涂层的物相组成和显微结构.     

热持久对YSZ热障涂层隔热性能的影响规律

目前热障涂层（TBCs）作为最先进的高温防护涂层之一,已在发动机涡轮叶片上获得了广泛的应用。本文采用涂层热性能高温环境实验系统对发动机环境叶片涂层热持久实验后YSZ热障涂层的隔热能力开展了研究,获得了实验室环境下YSZ热障涂层长时间工作后隔热性能的变化规律,并从微观组织结构变化规律方面开展了分析。     

粉体制备工艺对Gd、Yb改性YSZ热障涂层性能影响的研究

随着航空航天技术的快速发展,飞行器热端部件的服役温度越来越高,YSZ热障涂层已经无法满足目前航空发动机热端部件的服役需求,稀土元素钆(Gd)与镱(Yb)对YSZ进行掺杂得到的Gd₂O₃-Yb₂O₃-Y₂O₃共稳定氧化锆(GYYZO)被广泛认为在超高温工况下具有广阔的应用前景。本研究采用固相反应法与化学沉淀法分别制备了两种球形GYYZO粉末,并采用大气等离子喷涂法制备了两种GYYZO陶瓷热障涂层,研究了粉末制备工艺对粉体结构以及涂层结构与性能的影响。     

纳米 YSZ 热障涂层高温时效过程中组织演变研究

燃气轮机长期运行过程中,热端部件如燃烧室内壁和前级涡轮叶片长期经受高温火焰冲击,涂层材料会产生时效行为。在时效过程中,热障涂层会发生组织演变,影响涂层性能与寿命。本文对一种高纯纳米YSZ热障涂层进行了不同温度的时效考核,研究材料在高温中组织演变行为,并对涂层孔隙率变化规律进行了热动力学分析。结果表明,在高温过程中,YSZ涂层中残留的纳米界面会进一步融合并逐渐演变为微米晶;受热动力学机制支配,涂层中孔隙闭合消损,造成涂层孔隙率下降。另外,本文还统计分析了涂层的相变行为。     

电子束物理气相沉积YSZ热障涂层恒温氧化实验研究

利用电子束物理气相沉积法制备了YSZ热障涂层,并对其恒温氧化时涂层形貌、相组成的演化过程进行了研究.结果表明,YSZ热障涂层具有典型的柱状晶结构.沉积态时YSZ涂层为t/t’相.1100℃恒温氧化1200h后,YSZ涂层仍为t/t’相,未发现脱落.     

稀土掺杂量对改性YSZ热障涂层的性能影响研究

利用化学共沉淀法制备出不同稀土掺杂量下Gd-Yb-YSZ(GY-YSZ)的粉体材料。采用等离子喷涂方法制备了GY-YSZ系列热障涂层,对涂层热导率、相稳定性和抗烧结性能进行了检测,并与传统8YSZ涂层进行了对比分析。结果表明:GY-YSZ系列涂层的热导率在0.7~0.9W?m-1?K-1之间,显著低于8YSZ涂层;GY-YSZ系列涂层在1300℃下热处理100h后,涂层物相仍为单一t’相,且无明显烧结现象发生,相同条件下8YSZ涂层已产生单斜相,且涂层烧结现象明显。GY-YSZ涂层的高温相稳定性和抗烧结性能均明显优于8YSZ涂层。     

QT-500基体上等离子喷涂8YSZ热障涂层系统的高温氧化行为研究

本文采用超音速火焰喷涂(HVOF)和大气等离子喷涂(APS)技术,在内燃机用球墨铸铁QT-500试样上制备热障涂层(TBCs),并对其在1050oC恒温氧化条件下的氧化情况与时间的关系进行了研究,分析了扩散机理。实验中,分别提取恒温氧化2.5h,8h,15h,50h和100h的试样,对涂层的氧化情况进行表征,结果表明:在陶瓷层/粘结层界面和粘结层/基底界面均形成了热生长氧化物(TGO)层。陶瓷层/粘结层界面的热生长氧化物主要由Al2O3以及Cr2O3、尖晶石和NiO的混合氧化物(CSN)组成。粘结层/基底界面的热生长氧化物主要由Al2O3组成。自由表面扩散、晶界扩散和晶内扩散是元素在BC层中扩散的主要途径。     

纳米氧化锆热障涂层高温性能演变研究

采用大气等离子喷涂技术制备了纳米氧化锆热障涂层。利用FESEM、XRD和拉曼光谱开展了纳米氧化锆热障涂层的微观组织和物相组成的高温演变研究。微观组织分析结果表明,纳米氧化锆热障涂层始终保持着独特的“纳米-微米”双态结构,而其中纳米晶粒大小随着服役温度和服役时间的增加而增大,但仍保持纳米结构;物相分析结果表明,纳米氧化锆热障涂层主要由非平衡四方相组成,并不随服役环境的变化而变化;而拉曼峰形状及位置的变化则进一步揭示了高温服役环境会造成涂层组织缺陷减少和声子散射降低,从而导致热导率的上升。     

厚热障涂层的失效分析研究

厚热障涂层因具有优异的隔热效果, 在航空发动机热端部件防护上获得应用。 在高温燃气冲蚀环境中服役 后, 致密厚热障涂层呈局部块状剥落而失效。 本文对涂层失效后的截面形貌、 元素分布、 相结构等进行分析。 结 果表明, 涂层失效的主要原因是表面附着物的渗入和焰流冲蚀下致密厚热障涂层内部应力的增加。 采用高能等离 子喷涂制备具有弥散分布裂纹的厚热障涂层有望提高涂层寿命。     

热障涂层表面腐蚀斑点的形成机理研究

热障涂层(Thermal Barrier Coatings,TBCs)已广泛应用于航空、航天和地面燃机等发动机热端部件和武器装备的防护。TBCs应用的基底材料种类繁多,常见的是镍基高温合金,还有碳钢、铜合金、铝合金、镁合金、复合材料等。氧化钇稳定化的氧化锆(Yttria Stabilized Zirconia,YSZ)涂层的常见颜色是白色和灰色,颜色决定于氧空位含量。TBCs产品的表面可能出现腐蚀斑点现象,特别是在高温潮湿环境下,腐蚀斑点出现机会多、现象更明显。腐蚀斑点的颜色取决于基底或粘结层材料,碳钢和铜合金产生棕色腐蚀斑点,镍基高温合金产生绿色腐蚀斑点,钴基高温合金产生浅红色腐蚀斑点,铝合金、镁合金、树脂则不会出现彩色腐蚀斑点。在镍基高温合金基底表面,依次用大气等离子喷涂(Atmospheric Plasma Spraying,APS)方法制备钴基高温合金粘结层(Bond Coat,BC)和纳米YSZ(n-YSZ)涂层,在自然环境下贮存一段时间后,部分产品的表面出现了大量腐蚀斑点。采用体式显微镜、扫描电镜(Scanning Electron Microscopy,SEM)和激光烧蚀-耦合等离子-质谱(Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectroscopy,LA-ICP-MS)方法证明,腐蚀斑点来源于BC的腐蚀产物。BC的主要成分是Ni、Co和Cr,在涂层制备过程中分别被氧化生成氧化物NiO、CoO和Cr_2O_3。YSZ粉末中含有大量残余的原料ZrOCl_2和YCl_3,在潮湿空气中水解产生HCl,将BC的氧化物溶解,便出现了Ni~(2+)(翠绿色)、Co~(2+)(浅红色)和Cr~(3+)(墨绿色)特有的颜色。     

纳米及传统微米级热障涂层热循环过程中的组织演变研究

本文以超音速等离子喷涂方法沉积NiCoCrAlY金属粘结层,以普通大气等离子喷涂沉积纳米及微米级YSZ两种陶瓷表层,并对涂层进行热循环实验,对比研究不同结构热障涂层在热循环条件下的组织演变规律。结果表明：由于纳米团聚粉体的不充分熔化导致纳米涂层中存在较多的微裂纹和孔隙,微米、及纳米涂层的孔隙率分别为10%及15%,载荷300g下的显微硬度分别为776.1及606.9。两种结构的热障涂层在热循环过程中均出现了网状裂纹,但随着热循环次数的增加,这些微裂纹不断连接扩展,裂纹宽度不断增加,并且与纳米涂层相比,微米涂层裂纹的扩展和拓宽速度相对较快。纳米涂层由于孔隙率较高,热生长氧化物（TGO）生长速度较快,TGO的快速生长导致陶瓷层/金属粘接层界面的应力增大,使得横向裂纹（平行于陶瓷层/金属粘接层界面）萌生及扩展并引起涂层的剥落失效。     

热障涂层表面粗糙度对涂层高温性能的影响

通过对热障涂层厚度与其表面粗糙度关系的研究,初步探讨了涂层表面粗糙度对其高温氧化性能、隔热性能和热循环性能的影响,研究表明涂层的表面粗糙度随着热障涂层厚度的增加而增大,并且随着涂层粗糙度的增加,涂层的热循环寿命先增加后减小,而其在高温氧化过程的初期,涂层重量增加迅速,氧化20h后重量增加减缓。     

Y3Al5O12掺杂对YSZ热障涂层微观结构和高温相稳定性的影响

本文采用大气等离子喷涂技术制备了不同Y3Al5O12含量的YSZ@Y3Al5O12/NiCrAlY热障涂层,研究了Y3Al5O12对YSZ@Y3Al5O12热障涂层的微观组织结构和高温相稳定性的影响.结果表明:等离子喷涂YSZ@Y3Al5O12涂层呈典型的层状结构,Y3Al5O12和YSZ交替沉积.随着Y3Al5O12...     

热障涂层制备技术及陶瓷层材料的研究进展

综述了先进航空发动机热障涂层体系的研究进展,对近年来国内外热障涂层的制备技术和陶瓷层材料体系进行了详细介绍,展望了下一代高性能航空发动机热障涂层的研究和应用前景。     

等离子喷涂纳米ZrO2热障涂层的组织及性能研究

采用大气等离子喷涂技术制备纳米ZrO2热障涂层,采用金相显微镜、X射线衍射仪、拉伸试验机等对涂层组织及性能进行了研究。结果表明,纳米ZrO2热障涂层组织均匀,面层内孔隙较小、呈近圆形,孔隙率为9.6%;涂层由t-ZrO2单相组成,其平均结合强度和平均剪切强度较传统微米ZrO2热障涂层分别提高63.5%和50.5%,分别达到46.63MPa和23.97MPa;同时涂层具有优异的抗腐蚀性能和耐湿热能力,腐蚀和湿热试验后涂层完整、表面清洁,无新相生成。     

溶液前驱体等离子喷涂热障涂层结构研究

以锆盐和钇盐水溶液为原料,采用常规等离子喷涂工艺和超音速等离子喷涂工艺制备出了均有垂直裂纹结构的SPPS热障涂层,利用扫描电镜(SEM)、显微硬度计和实验电阻炉,研究了SPPS涂层的微观结构、显微硬度及其高温热循环性能。结果表明:相比于常规等离子喷涂,超音速等离子喷涂工艺具有更高的能量和粒子飞行速度,在相同送料速率下,喷涂距离为50mm时SPPS涂层沉积速率为前者在喷涂距离为30mm时的2.3倍,SPPS涂层沉积致密度和显微硬度也高于前者,喷涂距离对SPPS涂层微观结构影响也相对较小,采用超声速等离子喷涂可在更大工艺范围内制备出性能较好的SPPS涂层。采用常规等离子喷涂工艺和超音速等离子喷涂工艺制备的SPPS涂层分别在1100℃下热循环1270h和970h后涂层完整。     

粒子飞行速度对热障涂层结构和性能影响

采用常规等离子喷涂（APS）和超音速等离子喷涂（SAPS）两种工艺制备了热障涂层,研究表明：两种等离子射流中粒子表面温度相近,SAPS工艺中粒子飞行速度达到430m/s,比APS工艺（200m/s）粒子飞行速度提高1倍。由于SAPS工艺中等离子射流速度高,熔融粒子在等离子射流中产生雾化形成尺寸较小粒子,伴随粒子撞击基体的速度提高,增加了熔融粒子撞击基体能量,在基体上形成厚度薄和飞溅少的＂板条＂,加强了＂板条＂与基体或＂板条＂与＂板条＂间结合,消除了APS工艺制备的热障涂层中典型层状结构,使热障涂层结合强度和抗热震性能分别提高40%和1倍。