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.     

热障涂层先进陶瓷材料研究进展

随着航空航天技术的不断发展,恶劣的工作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以降低基底表面温度。概述了传统氧化钇部分稳定氧化锆热障涂层的性能优势,包括优异的隔热性能、较高的热膨胀系数与断裂韧性。同时归纳了氧化钇部分稳定氧化锆热障涂层在高温环境下存在的问题,包括氧化锆相变与涂层烧结造成的过早失效。在此基础上,重点综述了近年来热障涂层先进陶瓷材料的研究进展,包括稀土陶瓷材料与自愈合材料,其中稀土陶瓷材料包括稀土掺杂氧化锆、成分掺杂与结构设计的稀土锆酸盐、稀土磷酸盐、3种不同结构的稀土钽酸盐、高熵稀土陶瓷材料以及稀土铌酸盐等,自愈合材料包括二硅化钼与碳化钛。针对各种热障涂层陶瓷材料,分别从热震寿命、热膨胀系数、热导率、耐腐蚀性、断裂韧性等方面进行了归纳,并总结了各材料现阶段发展的不足之处。最后展望了热障涂层材料的发展方向。     

新型锆酸盐基热障涂层材料的研究进展

简要回顾了传统7±1 %Y_2O_3稳定的ZrO_2(YSZ)热障涂层的研究现状,指出YSZ涂层在高温热循环下存在着相变,抗烧结能力差等缺点.鉴于新型稀土锆酸盐系列由于具有热导率低、抗烧结能力强等优点而被认为有望作为新一代热障涂层候选材料,重点概述了目前国内外在这种热障涂层材料的陶瓷块体制备及涂层材料方面的研究现状,并进一步探讨了未来新型稀土锆酸盐基热障涂层的发展方向.     

稀土锆酸盐热障涂层的合金化改性研究进展

热障涂层（TBCs）是提升航空发动机热端部件工作温度上限的有效途径之一。稀土锆酸盐（RE2-xZr2+xO7+x/2）因其低热导率和良好的高温相稳定性被视为新一代热障涂层候选材料。鉴于稀土锆酸盐性能具有强的可设计性,本文从合金化设计思路出发,围绕力学、热物理和抗腐蚀性能综述了稀土锆酸盐涂层常规合金化和高熵化改性的国内外研究进展,并基于当前研究不足对后续工作提出展望。     

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。     

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。     

热障涂层高温抗氧化性能研究的现状及发展

热障涂层是目前最为先进的高温防护涂层之一,它具有良好的隔热效果与抗高温氧化性能。文中从热障涂层的制备工艺及其长期在高温腐蚀的恶劣环境下的失效机制等方面,综述了热障涂层在高温环境下服役时,在粘结层和陶瓷面层之间生成一层热生长氧化物,热生长氧化物生成与生长如何导致涂层失效及如何改善高温抗氧化性能研究的热点问题,在此基础上提出了作者关于如何提高涂层抗氧化性能的一些新观点。     

耐久性柱状结构热障涂层设计

热障涂层（TBC）被广泛应用于热端金属部件表面,使其免受高温气体侵蚀,其微观组织结构及服役性能与制备工艺和服役状态密切相关并相互作用。本文从热生长氧化物（TGO）增厚、相变、烧结等方面讨论了各种应力诱因导致的TBC失效机理,综述了目前常用于陶瓷层柱状结构制备的方法及其在缓和TBC服役过程中应力的应用。由于TBC制备工艺及服役条件不尽相同,通过与标准TBC比较,评价了不同工艺下制备的TBC使用寿命,总结了柱状结构TBC的长寿命服役机理。本文综述了柱状热障涂层的应力源、微观结构、制备工艺和使用性能的相互作用关系,为高性能TBC设计提供了参考。     

用于热障涂层的锆酸钆材料研究进展

为了满足新型航空发动机的性能要求,需要开发出能在超高温条件下服役的热障涂层材料.近年来已有多种陶瓷材料被证实在热障涂层领域具有发展前景,在这之中,稀土锆酸盐材料有着高温下热导率较低与稳定性良好的特点,其中又以锆酸钆材料的热导率最低,热膨胀系数最高.概述了锆酸钆材料的结构特点,对其在高温下发生的有序无序转变进行了介绍,总...     

等离子喷涂金属/陶瓷梯度热障涂层研究进展

热障涂层在众多领域具有重要的应用价值,但基体与涂层的物理性能不匹配是遏制其服役性能和寿命提高的主要原因。金属/陶瓷梯度热障涂层通过逐渐改变涂层内部的成分、结构,可有效地改善基体和涂层因物理性能突变而导致的界面失效问题。首先介绍了金属/陶瓷梯度热障涂层对比于双层热障涂层的独特微观结构,并简要分析了其具有明显性能优势的原因。随后总结了金属/陶瓷梯度热障涂层残余应力的具体分布、影响因素和模拟模型优化现状,重点从优化涂层制备工艺、改进喷涂技术、改善涂层设计三个方面,介绍了改善涂层性能的研究进展。其中优化球磨和喷涂工艺参数、模拟研究喷涂过程、改进喷涂技术的方式是通过提高涂层质量来提升其物理性能,而改变涂层成分分布形式、涂层层数和厚度主要是通过改善涂层残余应力分布和水平来提升其抗热失效能力。最后提出了进一步优化模拟模型、改进喷涂技术、创新涂层设计和完善机理研究,是未来等离子喷涂金属/陶瓷梯度热障涂层的重点研究方向。     

Thermal cycling failure of new LaMgAl11O19/YSZ double ceramic top coat thermal barrier coating systems

New LaMgAl₁₁O₁₉ (LaMA)/YSZ double ceramic top coat thermal barrier coatings (TBCs) with the potential application in advanced gas-turbines and diesel engines to realize improved efficiency and durability were prepared by plasma spraying, and their thermal cycling failure were investigated. The microstructure evolutions as well as the crystal chemistry characteristics of LaMA coating which seemed to have strong influences on the thermal cycling failure of LaMA and the new double ceramic top coat TBCs based on LaMA/YSZ system were studied. For double ceramic top coat TBC system, interface modification of LaMA/YSZ by preparing thin composite coatings seemed to be more preferred due to the formations of multiple cracks during thermal cycling making the TBC to be more strain tolerant and as well as resulting in an improved thermal cycling property. The effects of the TGO stresses on the failure behavior of the TBCs were discussed through fluorescence piezo-spectroscopy analysis.     

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La2(Zr0.7Ce0.3)2O7热障涂层的抗热震性能

采用等离子喷涂制备了La₂(Zr_0.7Ce_0.3)₂O₇（LZ7C3）热障涂层,并对涂层的微观组织、相结构、成分、相稳定性、涂层热导率以及抗热震性能进行了研究.结果表明,LZ7C3涂层由单相烧绿石结构物质组成,高温稳定性较好;涂层的热导率较块材下降约20%,这是由于涂层具有较高的孔隙率所致:涂层在不同温度范围的热震寿命和失效机制不同,在室温至约1000℃间的热震寿命为116 cyc,涂层失效方式以片状剥落为主:在室温至1100℃间的热震寿命为53 cyc,涂层失效方式为片状剥落和层状撕裂;在室温至1200℃间的热震寿命为3 cyc,涂层失效方式以层状撕裂为主.     

喷射电沉积技术制备Co-Cr_3C_2复合镀层的工艺优化

为提高微米级硬质陶瓷颗粒在金属基复合镀层的含量,制备性能优异的防护性镀层,采用喷射电沉积的方法在直流电压下制备了Co-Cr_3C_2复合镀层,利用控制变量法探讨了电流密度、固体颗粒用量、镀液流量以及喷枪移动速度等对镀层中颗粒含量及镀层性能的影响,并分析了各因素的影响机理。同时,分别采用能谱仪、显微硬度计和摩擦磨损试验机对复合镀层的成分、硬度和摩擦因数进行分析,最终确定了制备该复合镀层的较优工艺参数。结果显示:喷头移动速度对颗粒复合量的影响最为显著;颗粒复合量越大,复合镀层硬度越高、摩擦因数越低;在较优工艺参数下制备的Co-Cr_3C_2复合镀层的Cr_3C_2颗粒含量高达23.6%。     

New Generation Perovskite Thermal Barrier Coating Materials

Advanced ceramic materials of perovskite structure have been developed for potential application in thermal barrier coating systems, in an effort to improve the properties of the pre-existing ones like yttria-stabilized zirconia. Yb₂O₃ and Gd₂O₃ doped strontium zirconate (SrZrO₃) and barium magnesium tantalate (Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃) of the ABO₃ and complex A(B′_1/3B′′_2/3)O₃ systems, respectively, have been synthesized using ball milling prior to solid state sintering. Thermal and mechanical investigations show desirable properties for high-temperature coating applications. On atmospheric plasma spraying, the newly developed thermal barrier coatings reveal promising thermal cycle lifetime up to 1350 °C.     

An Investigation of the thermal degradation of the intumescent coating containing MoO3 and Fe2O3

An intumescent flame retardant coating was prepared using an ammonium polyphosphate (APP)-pentaerythritol (PER)-melamine (MEL) intumescent flame retardant (IFR) system. Molybdenum trioxide (MoO₃) and ferric oxide (Fe₂O₃) were used as modifiers to improve the thermal stability of the APP-PER-MEL coating. The effects of MoO₃ and Fe₂O₃ on the thermal stability of the residue chars were studied using thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and scanning electric microscopy (SEM). The TGA results showed that adding MoO₃ and Fe₂O₃ increased the residue weights of the APP-PER-MEL coatings. XPS analysis demonstrated that the thermal stability of the coatings was improved. SEM images of chars illuminated that MoO₃ and Fe₂O₃ improved the outer and inner surface structure of the residue char layer. All the results indicated that MoO₃ and Fe₂O₃ were effective modifiers to improve the thermal stability of the APP-PER-MEL coating.     

自反应电弧喷涂原位合成Ti(C,N)-TiB2-Al2O3复相陶瓷涂层

以Ti+B4C为反应药芯、Al为外皮材料制备反应型喷涂丝材,探讨利用自反应电弧喷涂技术在45钢基体表面制备复相陶瓷涂层的可行性。以X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等方法分析、观察了涂层的组织与结构,测试了涂层的主要力学性能。结果表明:利用制备的药芯丝材进行喷涂试验,可获得由TiB2、TiB、TiC0.3N0.7、TiN、Al2O3、AlN等多相组成的复相陶瓷涂层。涂层呈典型的层状结构,其连续的基体相内弥散分布着离散的第二、第三相。涂层与基体间的结合强度为18.9MPa,涂层的平均显微硬度与弹性模量分别为735.4HV0.2和461.4GPa,摩擦因数在0.45～0.50之间,耐磨性能较基体材料提高3倍以上。     

TiB2涂层的制备及其应用研究进展

二硼化钛(TiB₂)作为金属硼化物中密度最小硬度最高的化合物,是重要的现代陶瓷材料之一。它不仅具有传统陶瓷材料所具备的高熔点、高硬度以及良好的化学稳定性,还具有传统陶瓷材料所不具备的优良导电性能。因此TiB₂陶瓷不仅可以用于耐磨材料以及真空镀铝用蒸发舟材料,更是成为硬质刀具、电解铝惰性阴极以及空天飞行器热障防护等领域重要的防护涂层材料之一。本文结合国内外研究现状,重点介绍了TiB₂陶瓷涂层的气相沉积法、电化学沉积法、热喷涂法、表面熔覆法、电火花沉积法和溶胶凝胶法等制备方法的特点及适用领域,总结了其在关键领域的重要应用,并对其未来的研究方向和发展前景进行了展望。     

Recent Developments in the Field of Thermal Barrier Coatings

Conventional thermal barrier coating (TBC) systems consist of a duplex structure with a metallic bondcoat and a ceramic, heat-isolative topcoat. Several recent research activities are concentrating on developing improved bondcoat or topcoat materials; for the topcoat especially, those with reduced thermal conductivity are investigated. Using advanced topcoat materials, the ceramic coating can be further divided into layers with different functions. One example is the double-layer system in which conventional yttria-stabilized zirconia (YSZ) is used as bottom and new materials such as pyrochlores or perovskites are used as topcoat layers. These systems demonstrated an improved temperature capability compared to standard YSZ. In addition, new functions are introduced within the TBCs. These can be sensorial properties that can be used for an improved temperature control or even for monitoring remaining lifetime. Further increased application temperatures will also lead to efforts for a further improvement of the reflectivity of the coatings to reduce the radiative heat transfer through the TBC.