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.     

荧光涂层的设计、制备与应用研究进展

荧光材料能够在紫外或可见光的作用下产生荧光,并已广泛应用于日常生活中.然而,由于荧光材料通常为小分子,在使用过程中存在易流失、效率低、功能单一等问题.针对这些问题,近年来研究人员将荧光物质与树脂等基质结合制备荧光涂层.综述了荧光涂层的设计、制备与应用的研究进展,重点介绍了荧光物质与涂层的结合方式以及基于不同种类荧光基团的荧光涂层设计与构建.结合方式分为物理掺杂和化学键合.荧光材料分为四大类,有荧光蛋白、有机荧光基团、稀土配合物和发光纳米粒子,不同的结合方式、不同种类的荧光材料各有优缺点,选择恰当的结合方式和荧光材料对发挥荧光材料的功能至关重要.荧光涂层在特定条件下可以发射出荧光,在外部刺激(如离子、作用力、pH变化等)作用下发射的荧光会产生变化,基于此可应用于如腐蚀预警、离子检测、防伪加密等.对荧光涂层在生物医药、金属防腐预警、防伪加密等方面的应用等进行了详细阐述,同时对荧光涂层未来发展做了展望.     

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。     

热障涂层失效机理、改进方法及未来发展方向

热障涂层(Thermal Barrier Coatings,TBCs)是用于航空发动机及燃气轮机的一种高效功能性隔热涂层,常用材料为氧化钇(质量分数6％～8％)部分稳定氧化锆(YSZ).首先,从TGO生长、高温烧结、CMAS腐蚀、盐雾腐蚀和热膨胀失配等方面介绍了YSZ的失效机理,以上因素会从不同程度上造成涂层分层、开裂...     

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。     

电子束物理气相沉积热障涂层抗高温腐蚀性能的研究

对采用电子束物理气相沉积方法制备的MCrAlY涂层、双层结构热障涂层以及新型梯度结构热障涂层的高温氧化性能以及热腐蚀性能进行了研究。3种涂层均具有良好的抗高温氧化性能，但在950℃等温热腐蚀环境下，涂层的氧化速率加快，梯度热障涂层的增重小于NiCoAlY涂层，表明YSZ陶瓷层有助于提高NiCoAlY涂层的抗热腐蚀性能，但热循环寿命降低。     

大气腐蚀在线监测技术研究现状与展望

综述了大气环境下金属腐蚀和涂层腐蚀在线监测技术。对于金属大气腐蚀,介绍了电阻探针法、电偶腐蚀电池、电化学阻抗谱、电化学噪声法、表面超声波技术、石英晶体微天平技术和射频识别技术等多种在线监测方法的原理及其研究现状;对于大气环境涂层腐蚀,从电化学方法、非电化学方法、不同监测方法相结合等三方面进行了阐述。总结了当前大气腐蚀在线监测亟待解决的问题,并从“互联网+”智慧防腐方向出发,结合腐蚀大数据的发展,对大气腐蚀在线监测技术未来方向进行了展望。     

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.     

有关因素对热障涂层抗热震性能的影响

等离子喷涂热障涂层，对研制新型航空发动机具有重要意义。喷涂热障除层的关键，是如何提高涂层的抗热震性能。本文介绍了涂层结构、基体温度、涂层气孔率、不同粘结底层等因素，对涂层抗热震性能的影响。并简要介绍了涂层的抗高温氧化、抗热盐腐蚀性能及涂层的隔热效果。     

燃气轮机在海洋环境下的热腐蚀与防护技术研究进展

针对海洋环境下舰船燃气轮机的热腐蚀现状,从热腐蚀的机理研究着手,基于不同阶段提出的热腐蚀模型理论,分析了高温和低温两种热腐蚀类型的发生过程和表现特征,指出热腐蚀实质上是以Na2SO4为主导的熔盐沉积共晶物与金属基体发生反应而导致金属材料加速氧化的过程。在此基础上,详细介绍了三种涂层防护技术—扩散涂层、覆盖涂层和热障涂层,并根据这三种涂层的发展阶段和功能特性,分析了其在制备工艺、作用机理和应用领域上表现出的差异性,重点强调了热障涂层(TBCs)在当前的发展境况。结合世界各国研究者开展的代表性工作,全面综述了国内外在舰船燃机热腐蚀防护领域的研究进展,重点描述了以硫酸盐为主的腐蚀介质中,金属材料的热腐蚀表现特征,并展示了数值模拟、热力学模拟等方法在热腐蚀研究上的应用案例。最后,对舰船燃气轮机涂层防护技术的发展方向进行了展望,提出发展新一代环障涂层(EBCs)是提高燃气轮机综合防护能力的有效技术手段。     

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。     

防CMAS腐蚀热障涂层开裂的研究现状

针对热障涂层在服役过程中受CMAS(Ca O-Mg O-Al2O3-Si O2)腐蚀而造成的表层剥落及层间易开裂问题,探讨总结了CMAS对于热障涂层的腐蚀机理,指出目前所用方法存在的不足,因此急需研究抗CMAS腐蚀的新材料系统和相关工艺。开裂失效是热障涂层主要的失效形式,通过降低氧化层的氧化速度和增加陶瓷层的韧性,能有效延长涂层的使用寿命。基于对涂层结构复杂性的分析,可知涂层需从宏观、细观、微观三个角度进行表述,因此合理运用跨尺度理论对于分析涂层结构等问题有着较为重要的意义。为此提出开发防CMAS渗入的细观增韧的热障涂层,并进一步从跨尺度角度进行开裂分析。研究结果对于丰富涂层增韧途径、增强抗腐蚀性能,保障热障涂层乃至航空发动机的安全平稳运行具有重要的理论意义和工程应用价值。     

氧化锆粉体的制备及其在热障涂层中的应用

分别描述了纳米氧化锆粉体与空心球氧化锆粉体的制备工艺，分析了不同工艺影响氧化锆产物形态、结构、粒度等方面的因素，并将2种粉末制备的涂层分别与传统微结构涂层进行性能对比。在分析由不同氧化锆粉末制备而成的涂层性能时，除了工艺参数外，更多的是考虑初始氧化锆粉末对涂层性能所带来的影响。期待在未来的研究中，能够优化现有或者探索出更优异的制粉工艺，研究出性能更加优良的新型粉末，以期能够提高热障涂层的性能，满足高精尖领域在未来的使用需求。最后，针对不同制粉工艺及不同粉末制备涂层的发展方向进行了展望。     

航空发动机涡轮叶片热障涂层研究现状

热障涂层是一种可以有效保障航空发动机涡轮叶片正常工作，同时显著提高其工作效率和服役时间的表面防护技术。热障涂层的性能在很大程度上影响叶片的承温和抗腐蚀能力，进而间接影响航空发动机的服役性能。涂层性能主要受其结构和材料2个方面的影响。介绍了涂层结构的优缺点和研究进展，当前常见的结构形式有双层结构、多层结构和梯度结构；介绍了粘结层材料的研究进展；对陶瓷层材料的研究进展进行了详述，如YSZ的掺杂改性、A₂B₂O₇型化合物、钙钛矿结构材料以及近年来兴起的几种高熵陶瓷材料，其中高熵陶瓷材料包括：高熵稀土钽酸盐、铝酸盐、锆/铪酸盐、磷酸盐、硅酸盐以及高熵稀土氧化物，分别从热导率、热膨胀系数、断裂韧性、热循环寿命和抗腐蚀能力等方面对其进行介绍；概述了热障涂层常见的几种失效形式如：TGO失效、CMAS腐蚀以及高温烧结，并且对其发生机理进行简要的介绍；展望了热障涂层未来的发展趋势和方向。     

新型超音速电弧喷涂锅炉水冷壁防护涂层

为获得火电厂锅炉运行工况下具有较高寿命的的水冷壁防护涂层,在已有涂层成分的基础上自行设计制作了一种新型防护涂层。采用超音速电弧喷涂的方式,在Q235钢基体上制备了自研FeCrNiBSi涂层和FeCrNi两种涂层。对两种涂层进行耐高温腐蚀性能试验,并通过光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等手段对涂层在熔盐环境下腐蚀前、后的表面形貌和腐蚀机理进行研究。结果表明,FeCrNiBSi涂层较之FeCrNi涂层具有更好的抗高温腐蚀性能和更高的表面硬度,硬度高使得涂层耐粉尘冲蚀性好,从而更适合于做火电厂锅炉水冷壁防护涂层。     

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。     

Some Aspects of the Hot Corrosion of Thermal Barrier Coatings

This paper reviews the hot corrosion of zirconia-based thermal barrier coatings for engine applications. Emphasis is placed on understanding the chemical reactions, and such other mechanisms as can be iden-tified, that cause corrosive degradation of the thermal barrier coating. The various approaches taken to improve the hot corrosion resistance of thermal barrier coatings are also briefly described and critiqued.