铌合金表面硅化物涂层热震行为研究

为提高铌合金高温抗氧化性能, 采用复合包渗法在Nb521合金表面制备了以MoSi2为主体的硅化物涂层, 对涂层进行了室温～1650 ℃热震试验, 利用XRD, SEM, EDS以及EPMA等检测手段对热震前后涂层组织结构变化进行了分析, 观察了裂纹扩展过程.结果表明: 涂层室温～1650 ℃有效抗热震次数可达600次; 热震过程中, 元素扩散导致涂层组织结构发生明显改变; Nb5Si3低硅化物层的产生对裂纹扩展有重要影响.     

纳米Al2O3添加剂对VW75稀土镁合金微弧氧化膜层的影响

为提高VW75稀土镁合金表面耐蚀性,采用手动恒压法对合金进行了微弧氧化(MAO).基础电解液为硅酸盐碱性电解液(Na2SiO3-NaOH),通过添加纳米氧化铝(α-Al2O3)对电解液进行改性,优化原始微弧氧化层.利用数字式涂层测厚仪和带能谱的扫描电子显微镜(SEM)表征膜层厚度及表面微观组织特征,同时测试了合金在3....     

Ni-Fe-X基合金抗氧化性能的研究

用热压法制备了3种成分的Ni-Fe-X基合金,并在1 000℃和1 200℃进行了大气氧化试验。XRD,SEM,EDX和金相分析表明,Ni-11Fe-10Cu-6Al-3Sn(其中数据为质量分数)的氧化层最致密,主要由深色、浅色2种不同形貌和成分的混合氧化物组成,合金中的Cu具有较强的抗氧化性能,氧化铝的存在有效改善了氧化物结构。Fe-Ni合金氧化膜疏松,抗热震性弱,氧化膜与基体间有明显的裂纹,氧化膜主要是铁氧化物。     

氧化铝陶瓷作为脱氯反应器内衬的研究

通过正交试验设计方法,改变坯料配方与烧结制度制得了氧化铝陶瓷,对制备出的Al2O3陶瓷试样进行了物理性能测试和抗热震性能的测定。通过综合评分法对正交试验所得的数据进行分析,对通过正交试验所得最优方案研制出的试样进行了抗HCl腐蚀与抗热震实验,并对腐蚀前后的试样进行扫描电镜与能谱分析。实验结果表明试样4(A2B1C2D3)氧化铝陶瓷最适合作为脱氯反应器内衬材质。     

高抗热震性氧化铝空心球砖试制分析

以氧化铝空心球和高温氧化铝微粉为主要原料,另添加富含SiO_2的原料,经成型、干燥、烧制,开发出高抗热震性氧化铝空心球砖。产品质量检验表明,空心球砖表面光滑整洁,热震稳定性能较好,且经过再次加热的变形率小。常温耐压强度24.7MPa,热震稳定性(1100℃、水冷)22次,重烧线变化率(1600℃×2h)0.01%。     

等离子喷涂CeO2改性La2Zr2O7纳米热障涂层高温性能研究

研究了不同Ce掺杂量对La2Zr2O7相结构稳定性的影响,确定了Ce原子掺杂量为5.45％的CeO2改性La2Zr2O7涂层（CLZ）.研究了采用大气等离子喷涂制备的涂层与原始粉末化学成分计量比偏离情况.经共沉淀制粉、喷雾干燥团聚造粒、大气等离子喷涂制备了Ce原子掺杂量为5.45％的新型纳米CLZ热障涂层,研究了涂层的长期组织结构稳定性、抗热震性以及失效机制.结果表明,CLZ涂层具有良好的长期组织结构稳定性,涂层在1150℃下热震循环寿命达到26次.涂层失效主要以层状撕裂为主.陶瓷层和粘结层热膨胀不匹配、粘结层发生氧化可能是导致CLZ涂层热震失效的主要原因.     

CeO_2添加剂对Cr_2O_3涂层组织和抗热震性的影响

本文在 Cr2 O3陶瓷材料中添加不同含量的 Ce O2 ,探讨了 Ce O2 对等离子喷涂 Cr2 O3涂层组织和抗热震性的影响。研究结果表明 ,加入 3.0 % Ce O2 可降低涂层中的孔隙率和空洞尺寸 ,减少涂层内应力在孔隙边缘的应力集中 ,从而提高 Cr2 O3涂层的抗热震性。陶瓷涂层的热震失效是由于涂层在循环加热和冷却过程中 ,涂层内产生循环热应力 ,导致涂层发生热疲劳失效     

TiB_2-50Ni金属陶瓷热喷涂层抗热震性能研究

采用超音速火焰喷涂技术在不同丙烷流量下制备了3种TiB_2-50Ni金属陶瓷涂层,并采用水淬法将3种TiB_2-50Ni涂层在600和800℃条件下进行热震试验。通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对在不同条件下热震后的涂层进行表面和截面形貌观察及物相结构分析。研究结果表明,在600℃热震条件下,随着热震次数的增加,不同丙烷流量制备的3种涂层的裂纹扩展更为严重,且在热震循环次数为150次时,3种涂层表面和截面中均出现了扩展较为严重的交叉裂纹。在800℃热震条件下,3种涂层热震失效的热震循环次数明显减少,并且涂层的表面和截面产生的裂纹更长更宽。通过3种涂层的热震试验进一步发现,随着丙烷流量的增加,涂层的抗热震性能逐渐降低,其中以No.3涂层(丙烷流量为42 L·min~(-1))抗热震性能最差。通过对3种涂层热震后的XRD分析发现,3种涂层热震后的主要物相为TiB_2和Ni两相,且随着在600℃热震循环次数的增加和热震温度的增加(800℃),涂层热震后产生的氧化物含量逐渐增多。     

Al2O3 含量对 YSZ 热障涂层性能的影响

Al_2O_3等氧化物对YSZ热障涂层的高温使用性能有一定的影响。本文用HVOF喷涂Ni Co Cr Al Y合金粘结层,APS喷涂YSZ陶瓷面层,制备了Al_2O_3含量为0.01~0.64wt%的YSZ涂层。比较了不同Al_2O_3含量的YSZ涂层在1100℃下的热震性能和抗烧结性能,并探讨Al_2O_3对涂层的影响机理。结果表明相较于高纯YSZ涂层,随着涂层中Al_2O_3含量升高,涂层的抗热震性能降低,且Al_2O_3促进YSZ涂层的烧结。Al_2O_3含量在小于0.01wt%-0.12wt%区间内时,对涂层抗热震和抗烧结性能有显著影响,含量继续增加至0.64%时,对性能影响减缓。显微组织观察与EDS检测结果表明涂层中Al_2O_3并未在熔融颗粒界面处偏聚,但在颗粒内部有局部偏析。由此推测,含Al_2O_3的YSZ涂层热震失效的原因可能是Al_2O_3在YSZ颗粒内部偏析,并影响涂层的烧结性能,导致裂纹容易萌生和扩展。     

爆炸喷涂连铸结晶器表面涂层组织和性能

为探讨连铸结晶器镀层表面局部喷涂技术的可行性,采用爆炸喷涂工艺分别在铜基体和铜基体+镀铬层表面制备NiCr-Cr_3C_2金属陶瓷涂层,研究了涂镀层的显微结构、结合强度和抗热震性能。结果表明:涂层呈典型的层状组织,结构致密均匀,涂层与铜基体以及涂层与镀层之间结合都非常紧密,未发现界面污染和氧化物夹杂存在;涂层与基体、镀层与基体、涂层与镀层之间的结合强度均接近于70 MPa,喷涂工艺未对镀层和基体之间的结合状态产生不利影响;涂层+铜基体结构的抗热震性能差于涂层+镀层+铜基体结构的抗热震性能,电镀层起到了过渡层和阻隔层的作用,减缓了涂层热震失效的速度,降低了铜基体氧化的倾向。     

再造纳米小颗粒 给力传统大工业

随着纳米科学技术的快速发展,纳米材料被成功地应用到热喷涂领域。研究表明,热喷涂纳米陶瓷涂层比传统陶瓷涂层具有更高的结合强度、韧性、热震性能、耐磨抗蚀性能和可加工性。这种热喷涂纳米陶瓷涂层是利用纳米粉末为原料经过特殊的再造粒过程得到可喷涂喂料,然后方可制备出纳米结构陶瓷涂层。与传统微米结构陶瓷涂层相比,该纳米陶瓷涂层的韧性、结合强度、抗热震性能高1～2倍,耐磨性能高4～8倍,抗疲劳性能提高10倍。发展这样的国际领先的先进表面工程新材料技术,对推动我省的科技和产业发展无疑有重大的战略和经济意义。可以促进我省传统产业的结构调整和产品的升级换代,可以提高我省产品的市场竞争力和我省企业的活力和经济效益。     

TiAl及TiAl-9Nb合金抗热腐蚀性能研究

研究了TiAl及TiAl-9Nb合金在850℃下25%NaCl+75%Na_2SO_4(质量分数)熔盐中的热腐蚀行为,采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)分析了腐蚀产物膜的结构和相组成。结果表明:TiAl和TiAl-9Nb合金的腐蚀产物均主要由TiO_2, Al_2O_3和少量的TiS组成,腐蚀产物膜结构疏松,容易剥落,对基体的保护性很差。在热腐蚀过程中, NaCl对TiAl和TiAl-9Nb合金的表面氧化膜造成了破坏,生成的Cl_2导致了表面氧化膜的开裂;继而O和S对TiAl合金中的α_2相、 TiAl-9Nb合金中的β相产生了内氧化、内硫化的选择性腐蚀。与普通TiAl合金相比, TiAl-9Nb合金具有更优异的抗热腐蚀性能,这归因于TiAl-9Nb合金中β相较高的Al含量以及β相与α_2相之间组织结构的差异。     

爆炸喷涂连铸结晶器表面涂层组织和性能北大核心

为探讨连铸结晶器镀层表面局部喷涂技术的可行性,采用爆炸喷涂工艺分别在铜基体和铜基体+镀铬层表面制备NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层,研究了涂镀层的显微结构、结合强度和抗热震性能。结果表明:涂层呈典型的层状组织,结构致密均匀,涂层与铜基体以及涂层与镀层之间结合都非常紧密,未发现界面污染和氧化物夹杂存在;涂层与基体、镀层与基体、涂层与镀层之间的结合强度均接近于70 MPa,喷涂工艺未对镀层和基体之间的结合状态产生不利影响;涂层+铜基体结构的抗热震性能差于涂层+镀层+铜基体结构的抗热震性能,电镀层起到了过渡层和阻隔层的作用,减缓了涂层热震失效的速度,降低了铜基体氧化的倾向。     

ZrNi基储氢合金表面化学镀钯膜的动力学机制

采用低压吸氢材料吸收产氚装置尾气中微量的氚是捕捉氢同位素的有效方法, ZiNi基吸氢合金(Ti_(0.1)Zr_(0.9)Ni_(0.6)Co_(0.4))低压循环吸氢性能良好,是一种有希望得到广泛应用的氚处理材料。采用化学镀方法在ZrNi基储氢材料表面制备一层致密钯膜可使材料在吸氢的同时,阻挡杂质气体(O_2, N_2)与基体的结合,是氚处理材料表面抗毒化改性的一个重要研究方向。以"敏化-活化"法为化学镀钯前处理工艺,通过超声清洗的方式改善了镀覆基底催化层分布状态,以此为基础进行钯膜镀覆,得到了致密均一的钯膜层。通过扫描电子显微镜(SEM)观察不同处理方式得到的活性催化层形态和不同镀膜反应时间得到的膜层形貌,分析钯膜生长的动力学机制符合"半球面自催化沉积"固/液相反应动力学模型。这对于获取致密均一,厚度适中的抗毒化钯膜层具有重要意义。     

表面喷丸与Fe~+注入协同增强Ti13Nb13Zr合金的生物摩擦学性能

为改善Ti13Nb13Zr合金表面的生物摩擦学性能,选用表面喷丸和Fe~+注入改性Ti13Nb13Zr合金表面。利用X射线衍射仪(XRD)分析改性层的相组成和残余应力,使用纳米显微力学探针测定改性层的纳米硬度,采用摩擦磨损试验机研究改性层的摩擦因素,选用扫描电子显微镜(SEM)观察改性层的磨痕形貌。表面喷丸与Fe~+注入的协同作用下,Ti13Nb13Zr合金表面出现了增强相Fe_2Ti,且离子注入能量的增加更有利于Fe_2Ti的形成。随着注入能量和剂量的增加,改性层的残余应力和纳米硬度相较于未离子注入的显著增加,残余应力最高从-453MPa增到-741 MPa,增幅达163.6%;纳米硬度最高从4.80增到10.63 GPa,增幅达121.5%。此外,在人工唾液和透明质酸钠溶液润滑下,改性层的磨损逐渐减缓,生物摩擦学因素分别从0.40降至0.34,从0.34降到0.29,下降幅度分别为17.1%与14.7%。表面喷丸与Fe~+注入的协同作用能够有效地提高Ti13Nb13Zr合金表面改性层的减摩抗磨性能。     

高熵稀土铝酸盐双陶瓷涂层的制备及热防护性能研究

随着航空航天技术的发展, 热防护涂层服役温度逐渐提高, 亟需寻找新一代涂层材料。 本研究通过固相烧 结法制备高熵稀土铝酸盐 (Y0.2Yb0.2Lu0.2Eu0.2Er0.2)3Al5O12(HE-RE3Al5O12) 陶瓷粉体, 采用大气等离子喷涂技术在高 温合金基体上实现 HE-RE3Al5O12/YSZ 和 HE-RE3Al5O12/Al2O3 双陶瓷涂层有效沉积。 分析了双陶瓷涂层的相结构 及微观组织演变规律, 并开展了其在高温氧乙炔焰流热冲击循环作用下的热防护性能研究。 结果表明, 氧乙炔火 焰加热涂层表面温度至 1400 ℃, 并在目标温度下停留 200 s 时, HE-RE3Al5O12/YSZ 和 HE-RE3Al5O12/Al2O3 涂层 样品（HE-RE3Al5O12 涂层厚度为 200 μm） 能够分别实现有效温降约为 665 ℃和 545 ℃。 HE-RE3Al5O12/YSZ 双陶 瓷涂层在 1400 ℃ -200 s 热循环下的寿命为 20 次左右, 且该涂层的抗热震性能明显优于 HE-RE3Al5O12/Al2O3 涂层。 基于高熵涂层的热防护行为演变特征, 推测在高温焰流循环作用过程中涂层内部所产生的热失配应力是引起双陶 瓷涂层失效的主要原因。 本研究工作基于新型双陶瓷涂层结构设计, 有效扩展了高熵稀土铝酸盐涂层材料在高温 热防护领域中的应用前景。     

纳米氧化铈增强TC11合金表面MCrAlY熔覆涂层的热震行为

考察了不同含量的纳米氧化铈增强TC11合金表面MCrAlY熔覆涂层的热震行为,并在分析涂层热震裂纹形成过程的基础上探讨了纳米氧化铈对涂层热震行为的作用机理。结果表明,未加纳米氧化铈的涂层,经30次热震后其横切面上分布有源自表面的两条贯穿性裂纹,此时涂层已趋于失效。添加纳米氧化铈后,涂层热震裂纹的形成发生了变化,由从表面萌生向内扩展逐渐转变为从界面萌生向外及横向扩展;当纳米氧化铈的添加量为4%时,涂层本身强度与界面处结合强度匹配适当,裂纹的萌生取向消失即裂纹既不会优先从表面开始也不会优先从界面开始,此时涂层的整体热震性能得到显著改善。     

石墨表面氧化锆陶瓷防护涂层组织性能研究

采用棒材火焰喷涂工艺,以不同致密度的氧化锆陶瓷条棒为喷涂材料在石墨基体上制备了氧化锆陶瓷防护涂层,对涂层的组织形貌、结合强度和抗热震性进行了测试研究。结果表明,采用不同致密度的陶瓷条棒可制备出组织致密的涂层,氧化锆陶瓷涂层在石墨基体表面的结合强度最高可达5.0MPa,在6.3×10~(-1)Pa真空环境下涂层的室温~1300℃抗热震性良好,涂层结合强度和抗热震性随涂层致密度的提高而提高。     

铈锆酸镧涂层高温时效行为和热震性能研究

采用等离子喷涂制备了铈锆酸镧涂层,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、图像分析法等研究了喷涂功率对沉积态涂层表面和截面微观结构、孔隙率等的影响规律,研究了涂层在1200℃、1300℃高温100h时效下相稳定性、微观结构、孔隙率的变化,比较了不同喷涂功率涂层的抗热震性能。研究结果表明:随着等离子喷涂功率的增加,喷涂过程中半熔融颗粒比例减小,涂层的孔隙率减小。涂层经1200℃、1300℃高温保温100 h后仍然具有单一的烧绿石结构,随着热处理温度升高,涂层孔隙率减小。研究了不同功率喷涂的涂层从1250℃到冷水中的热震行为,失效机制分析表明:陶瓷层与粘结层热应力不匹配造成陶瓷层底部产生裂纹是导致涂层失效的主要方式。     

Fe_2O_3含量对YSZ热障涂层抗热震性能的影响研究

本文研究了YSZ涂层中的Fe_2O_3含量从小于0.01%连续变化至1%时涂层的抗热震性能变化,并采用SEM对涂层热震前后的微观组织形貌及孔隙率进行了分析,对其高温热膨胀性能进行了测试。结果表明,随着YSZ涂层中Fe_2O_3含量的升高,涂层抗热震性能明显下降,涂层断裂面存在Fe_2O_3富集,同时喷涂态涂层的孔隙率也存在明显地下降趋势,涂层沿厚度方向收缩明显。本文对以上实验结果的机制进行了初步探讨。