Al-Sm2O3/聚氨酯复合涂层的近红外低反射与8~14 μm低发射率性能

以Al粉与Sm₂O₃为复合颜料,聚氨酯（PU）为黏合剂,制备了Al-Sm₂O₃/PU复合涂层。系统研究了涂层的微结构、红外发射率、近红外反射性能及力学性能。研究结果表明：Sm₂O₃的存在可有效降低涂层对1.06 μm近红外光的反射率,Al粉的存在可有效降低涂层在8~14 μm波段的红外发射率。通过调节Al粉与Sm₂O₃质量比,涂层在8~14 μm波段的红外发射率可在0.556~0.834范围内调节,涂层对1.06 μm近红外光的反射率可在35.1%~57.7%范围内调节。所制备Al-Sm₂O₃/PU涂层具备优良的力学性能,在不同Al-Sm₂O₃质量比下,其附着力与耐冲击强度分别可达到1级和50 kg·cm。Al-Sm₂O₃/PU复合涂层有望成为一种新型的具备低近红外光反射率与优良力学性能的低红外发射率涂层材料。     

Al2O3基多孔隔热材料表面Al2O3/MoSi2涂层的制备及其性能

采用刷涂法在Al₂O₃基多孔隔热材料表面制备Al₂O₃/MoSi₂涂层,涂层以硅溶胶作为粘结剂,纳米Al₂O₃与Al₂O₃纤维作为耐高温组分,MoSi₂为高发射率组分。通过SEM、XRD对Al₂O₃/MoSi₂涂层微观表面结构、物相组成进行分析。研究纳米Al₂O₃与Al₂O₃纤维的质量比和MoSi₂含量对Al₂O₃/MoSi₂涂层耐温性能的影响,并对Al₂O₃/MoSi₂涂层的抗热震性能、发射率进行表征。结果表明,当纳米Al₂O₃与Al₂O₃纤维的质量比小于1∶1时,热考核后Al₂O₃/MoSi₂涂层表面无裂纹产生;当纳米Al₂O₃与Al₂O₃纤维的质量比在1∶2~1∶4之间时,Al₂O₃/MoSi₂涂层中的纤维网络较完整。MoSi₂的含量为20%时,Al₂O₃/MoSi₂涂层抗热震实验循环25次后表面保持完好,热考核后在2.5~25 μm波段的平均发射率在0.85左右,具有较高的发射率。      

SiO2-Fe2O3-Cr2O3-MnO2高温红外辐射节能涂料的制备及应用

以SiO2、Fe2O3、Cr2O3、MnO2为原料按比例混合,经固相高温烧结制备成基体粉料,再与粘结剂混合球磨制备出高温红外辐射节能涂料。通过XRD、半球点测试仪、红外辐射测量仪、纳米粒度测试仪对材料的微观结构和理化性能进行了表征,采用热震法对涂层的抗热震性能进行了研究。研究结果表明,随着平均粒径的减小,合成的SiO2-Fe2O3-Cr2O3-MnO2体系全波段红外辐射率有明显增大的趋势。当平均粒径达到2μm左右时,涂料全波段红外辐射率最高达到0.93。涂料的最高使用温度达1400℃以上,涂层的抗热震性能良好。此外,在燃气梭式干燥窑上使用该高温红外辐射节能涂料后,降低能耗15%左右,抗老化性能优良,使用一年后辐射率仍在0.90以上。     

磷酸铝基耐温高发射率涂料的制备及应用

以Al(H₂PO₄)₃为粘结剂，SiC、SiO₂为高发射率填料，Al₂O₃为耐磨填料，CrO₃为稳定剂，制备了耐温高发射率涂料。测试了所制备涂层的发射率、耐热性、耐磨性、附着力，抗冲击性和散热性，分析了填料粒径和含量对涂层发射率和力学性能的影响。结果表明，原料粒径影响涂层孔隙率，而孔隙率是影响发射率和涂层力学性能的关键，多种原料中，SiC粒径增加有利于孔隙率增加，SiO₂和Al₂O₃的粒径增加则会提升涂层致密度降低孔隙率。最终优化的涂层，SiC含量为16.7%,SiO₂含量为1.7%,Al₂O₃含量3.3%时，波长3～14μm的发射率均值大于0.9,耐磨性能达到3.8 L/μm,附着力为0级，抗冲击性为35 cm,涂层样品在500℃保温6 h后无开裂，不脱落，同时其散热能力达到基材的2倍。     

镍-铬复合溶胶的制备及其在高发射率涂层中的应用

首先合成了镍-铬复合溶胶,然后向其中掺杂纳米SiC粉末得到喷涂用涂料,进而在镍基高温合金上制备了NiO-Cr2O3-SiC红外高发射率复合陶瓷涂层.结果表明,该涂层有很高的发射率,与基材结合良好,抗热震性能明显优于Al2O3-SiC陶瓷涂层.     

LaMeAl11O19/YSZ热障涂层热力学性能和热循环寿命

LaMeAl₁₁O₁₉陶瓷具有独特的晶体结构, 优异的热力学性能, 低热导率, 高温相稳定性等特点, 是一类非常有应用前景的热障涂层(TBC)材料。本研究通过大气等离子喷涂(APS)制备了LaMeAl₁₁O₁₉/YSZ (Me=Mg, Cu, Zn)双陶瓷层热障涂层。通过对涂层进行火焰热循环测试并结合扫描电子显微镜、X射线衍射仪等分析技术对涂层进行失效分析。结果表明, LaMgAl₁₁O₁₉ (LMA)、LaZnAl₁₁O₁₉ (LZA)和LaCuAl₁₁O₁₉ (LCA)粉末在等离子喷涂过程中发生了分解, 导致三种涂层中磁铅石相含量的差异, 从而影响三种涂层的热循环寿命。由于LaMeAl₁₁O₁₉层与YSZ层的热膨胀系数不匹配以及非晶相重结晶产生的体积收缩, LaMeAl₁₁O₁₉层从YSZ层上剥落。YSZ层暴露在高温下, 加速了烧结和TGO的生长, 又促进了YSZ层剥落。低温下, LaMeAl₁₁O₁₉的热导率随着Me原子序数增加而降低; 高温下, 与LMA和LZA相比, LCA涂层红外发射率最高(0.88, 600 ℃), 削弱了光子传导对热导率的贡献, 导致热导率降低, LCA在高温红外辐射涂层中具有潜在的应用价值。     

杂质对氧化锆热障涂层性能的影响

降低热障涂层面层中的低熔点杂质含量, 可提高涂层的高温稳定性和延长服役寿命。SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃是氧化钇稳定氧化锆(Yttria-Stabilized Zirconia, YSZ)热障涂层中几种常见的低熔点氧化物杂质, 均会对涂层的性能产生一定的影响。本研究采用大气等离子喷涂法, 制备SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃的含量从小于0.01wt%增加至1.00wt%的YSZ热障涂层。采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)研究了上述涂层的微观结构; 采用激光热导仪测试了涂层的热扩散系数和抗热震次数。研究结果表明, 低熔点氧化物杂质对YSZ涂层的导热性、热处理状态的孔隙率具有明显影响, 且更容易引起涂层的热震失效。当杂质氧化物含量在小于0.2wt%范围内变化时, 涂层的性能变化更为显著。     

(Ca,Fe)共掺铈酸镧陶瓷的制备及红外辐射性能研究

以La₂O₃、CeO₂、CaO和Fe₂O₃为起始原料, 采用高温固相烧结工艺制备得到(Ca,Fe)共掺铈酸镧(La_1.9Ca_0.1Ce_1.9Fe_0.1O₇)红外辐射陶瓷材料。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、紫外-可见-近红外(UV-Vis-NIR)分光光度计分别对样品的物相组成、显微结构、化学成份、UV-Vis-NIR反射率及UV-Vis吸收进行了表征, 同时采用IR-2双波段红外发射率测量仪测试了样品3~5 μm波段的红外发射率。结果表明: 掺杂元素(Ca, Fe)均固溶进入铈酸镧晶格, 共掺后样品的晶体结构也为萤石结构; (Ca,Fe)共掺样品内部形成杂质能级, 强化了自由载流子吸收与杂质能级吸收, 使样品红外短波段(0.75~5 μm)性能由高反射转变为高吸收(辐射), 其中在0.75~2.5 μm波段的平均红外吸收率为0.88, 3~5 μm波段的红外发射率为0.752, 与未掺杂样品相比分别提高了1660%与60%。     

Ti2AlNb合金表面射频溅射Al/Al2O3复合层的抗热震性能

为进一步提高Ti₂AlNb合金的抗高温氧化性能,在其表面射频溅射Al/Al₂O₃复合层,并于650℃下进行了抗热震性能研究,采用扫描电镜及能谱仪观察复合层形貌并分析其成分。结果表明:Al/Al₂O₃复合层平整致密,无贯穿裂纹,复合层中Al₂O₃层厚约1μm,Al层厚约14μm;热震循环50次时复合层表面出现了微小裂纹,随着热震循环次数增加,裂纹不断扩展,表层Al₂O₃颗粒增大;Al/Al₂O₃复合层能有效提高Ti₂AlNb合金的抗热震性能。     

超疏水低发射率PDMS改性环氧树脂/Al复合涂层的制备及性能表征

以片状Al粉为功能颜料，纳米SiO₂为微纳结构改性剂，聚二甲基硅氧烷(PDMS)改性环氧树脂(HYSZ)为黏合剂，采用简单的玻璃棒刮涂法制备了一种同时具有超疏水和低红外发射率性能的复合涂层。探讨了PDMS和HYSZ质量比、总填料添加量及片状Al粉和纳米SiO₂质量比对涂层性能的影响规律。结果表明：PDMS和HYSZ质量比对涂层附着力和疏水性能具有重要影响，当质量比为1∶9时，涂层具备良好的疏水性能，其附着力可达1级。总填料添加量对涂层性能影响明显，随着总填料添加量的增加，涂层发射率和光泽度可明显降低。当总填料添加量为50%时，涂层表面可产生明显的乳突状微纳粗糙结构，从而可明显提升涂层的疏水性能。片状Al粉和纳米SiO₂质量比会明显影响涂层的发射率和疏水性能，当质量比为5∶5时，涂层可具备良好的综合性能。此时涂层发射率可低至0.652,光泽度和附着力分别为2.7和1级，水接触角和滚动角分别为152°和8°。通过适当降低涂层表面能及在涂层表面构筑微纳粗糙结构可实现涂层超疏水、低发射率和高附着力的兼容。     

超疏水PDMS改性聚氨酯/黄铜复合涂层的制备及性能表征

本工作以片状黄铜粉为功能颜料、纳米SiO₂为微纳结构改性剂、聚二甲基硅氧烷(PDMS)改性聚氨酯(PU)为黏合剂,采用简单的玻璃棒刮涂法制得了一种同时具有超疏水性能和较低红外发射率的复合涂层,系统探讨了PDMS/PU质量比、总填料添加量(质量分数)及黄铜粉/纳米SiO₂质量比对涂层性能的影响规律。结果表明：PDMS/PU配比对涂层附着力和疏水性能具有重要的影响,当PDMS/PU的质量比为1∶9时,涂层具备突出的超疏水性能,附着力可达1级,水接触角和滚动角分别可达155°、5°。总填料添加量对涂层性能的影响明显,随着填料添加量的增加,涂层发射率有所增大,光泽度有所降低。当总填料添加量为50%时,涂层表面可形成明显的乳突状微纳粗糙结构,从而可使涂层具备突出的超疏水性能。黄铜粉/纳米SiO₂配比会显著影响涂层的发射率和疏水性能,当黄铜粉/纳米SiO₂的质量比为6.5∶3.5时,涂层可具备良好的综合性能和突出的自清洁性能,涂层发射率可低至0.716,光泽度和附着力分别为1.8级、1级,水接触角和滚动角分别为...     

铁铬系高温红外辐射涂料的制备及性能

自制了包括铁铬系辐射粉料、 粘结剂、 添加剂、 助烧剂的高温红外辐射涂料, 并对涂料进行了烧结实验; 利用热重差热分析和SEM、 XRD分析对涂料烧结过程中的显微结构变化及物相组成进行了研究, 利用电子探针对涂层与高铝耐火砖的结合界面进行了线扫描分析。测试结果表明, 涂料经1500 ℃烧结后, 辐射粉料以尖晶石相分散在铝硅基体相中; 涂料在2~18 μm的平均辐射率达到0.89。电子探针线扫描分析和热震实验显示, 该涂料与耐火砖形成牢固的结合层, 使涂层具有良好的抗热震性。      

纳米Al2O3和TiO2改性有机硅涂层对304不锈钢高温氧化行为的影响

本文以纳米Al₂O₃和TiO₂为主要填料,采用物理混合方法制备了两种纳米改性有机硅涂料,将涂料喷涂于马口铁和304不锈钢表面并室温干燥,获得了两种涂层样品。测试了两种涂层的常规机械性能,研究了600℃空气中涂层对304不锈钢抗氧化性能的影响。结果表明：两种涂层均具有良好的附着力、柔韧性和耐冲击性能。两种涂层均能有效减缓304不锈钢在600℃下的氧化;当纳米Al₂O₃和TiO₂含量比例为4:1时,纳米改性有机硅涂层对304不锈钢的防护效果最佳。     

TC4合金微弧氧化涂层的组织结构与高温氧化行为研究

为了提高TC4合金的高温抗氧化性能,采用微弧氧化方法在NaAlO₂+Na₃PO₄电解液体系中,于钛合金表面制备抗氧化陶瓷涂层。通过XRD、SEM、EDS等方法,表征涂层的相组成和微观结构,用纳米压痕仪测试涂层硬度与弹性模量,并研究了微弧氧化涂层的抗高温氧化及抗热震性能。结果表明：微弧氧化涂层表面多孔,涂层以Al₂TiO₅和金红石型TiO₂相为主。微弧氧化涂层的纳米硬度为(7.8±0.6) GPa,显著高于TC4合金[(4.0±0.2) GPa]。微弧氧化涂层在700℃循环氧化80 h后,单位面积增重仅0.73 mg/cm²,远小于TC4合金的增重(20 mg/cm²),表现出良好的高温抗氧化性能。经700℃热冲击25次后,涂层未出现剥落现象,展现出良好的抗热震性能。由此可见,微弧氧化涂层能有效阻止氧的扩散,显著降低了钛合金基体的氧化速率,改善了钛合金的抗高温氧化性能。     

胶原-氧化铟锡复合红外低发射率涂料的制备及性能研究

采用共沉淀法制备红外低发射率的氧化铟锡(ITO)粉体,用液-液分散法制备了胶原-ITO复合物.以胶原-ITO复合物为颜料,环氧树脂为粘合剂,加入各种助剂,制得胶原-ITO复合红外低发射率涂料,并将涂料制成涂层.试验结果表明:胶原-ITO复合红外低发射率涂料的临界颜料体积(CPVC)为47.5%,涂层的红外发射率(1～22μm,8～14μm,3～5μm)为0.648～0.674,涂层耐温性为354.9℃,硬度、耐磨性、附着力等力学性能良好.     

MTES含量对Al2O3/有机硅/SiO2杂化涂层性能的影响

以正硅酸乙酯（TEOS）、甲基三乙氧基硅烷（MTES）、二苯基二甲氧基硅烷（DDS）和仲丁醇铝（ASB）为原料,制备Al₂O₃/有机硅/SiO₂杂化涂层,测试了涂层的物理性能、耐热和电化学阻抗,研究了MTES含量对其性能的影响。结果表明:随着MTES含量的增加,硬度和耐冲击性先增大后减小;柔韧性和附着力良好且变化不大;当n（ASB）:n（TEOS）:rn（MTES）:n（DDS）=1:3:9:1时,Al₂O₃/有机硅/SiO₂杂化涂层的耐热和耐蚀性能最佳。     

聚氨酯/青铜-Sm_2O_3复合涂层的近红外吸收与发射率性能EI北大核心CSCD

以青铜（bronze）粉与Sm2O3为复合颜料,聚氨酯（PU）为黏合剂,制备了PU/bronze-Sm2O3复合涂层。系统研究了涂层的红外发射率、近红外吸收性能及力学性能。结果表明：Sm2O3的存在可有效降低涂层对1.06μm与1.54μm近红外光的反射率,青铜粉的存在可有效降低涂层在8-14μm波段的红外发射率;通过调节青铜粉与Sm2O3质量比,涂层在8-14μm波段的红外发射率可在0.422-0.782范围内调节,涂层对1.06μm与1.54μm近红外光的反射率可分别在46.8%-65.0%和49.3%-70.7%范围内调节;所制备PU/bronze-Sm2O3复合涂层具备优良的力学性能,在不同青铜粉与Sm2O3质量比下,其附着力与耐冲击强度分别可达到1级和50kg·cm。     

硅酸镱环境障涂层抗熔盐腐蚀行为与机制研究

稀土硅酸盐环境障涂层(EBC)是应用于新一代高推重比航空发动机热端部件的重要材料, 但其在高温熔盐环境的腐蚀行为与机制尚不明晰。本工作采用真空等离子喷涂技术(VPS)制备了Yb₂SiO₅/Yb₂Si₂O₇/Si环境障涂层, 并研究了该涂层体系在900 ℃、Na₂SO₄+25% NaCl(质量分数)熔盐环境中的腐蚀行为与机制。研究发现, 所制备的Yb₂SiO₅/Yb₂Si₂O₇/Si涂层体系结构致密, 各层之间结合良好; 涂层体系腐蚀240 h, 熔盐组分渗透Yb₂SiO₅涂层, 在Yb₂Si₂O₇中间层发生富集。涂层中Yb₂SiO₅相具有良好的稳定性, Yb₂O₃第二相与熔盐发生反应, 且随腐蚀时间延长, Yb₂O₃含量减少。中间层Yb₂Si₂O₇相与熔盐反应生成磷灰石相NaYb₉Si₆O₂₆和钠硅酸盐, 并产生Cl₂和SO₂等挥发性物质, 从而影响服役寿命。硅黏结层中未发现熔盐渗透现象, 保持完整。该涂层体系具有良好的抗熔盐腐蚀性能。     

SiC纤维/YSZ复合热障厚涂层韧性及热震性能研究

采用大气等离子喷涂(APS)技术, 以ZrO₂-8wt%Y₂O₃(8YSZ)和团聚的P7216(8YSZ和珍珠岩粉)粉末为原料, 在基体上制备了厚度大于4 mm的SiC纤维/YSZ(SFY)复合厚热障涂层, 通过扫描电子显微镜(SEM)分析了涂层的显微结构, 发现SFY涂层具有钢筋混凝土结构, 这种结构能够防止因为涂层厚度增加而引起的失效。此外, 基于计算机的断层成像技术分析热障涂层孔隙率的变化, 考察了SFY涂层和YSZ 热障涂层的抗热震性能、断裂韧性以及热导率性能, 并探讨了纤维的增韧机制。研究结果表明, SFY涂层具有更高的断裂韧性值和更好的抗热震性能, 25℃时SFY涂层的热导率为0.632 W/(m·K), 大约是传统YSZ热障涂层热导率的一半。SiC纤维对涂层内部裂纹的偏转和截止作用, 防止了裂纹扩散长大, 形成网状微裂纹结构, 有效提高了涂层的抗热震性能和断裂韧性。     

等离子喷涂热障涂层多层结构的研究进展

基于热障涂层的发展现状，总结了SPS（悬浮液等离子喷涂）、SPPS（溶液前驱体等离子喷涂）及PS-PVD（等离子喷涂-物理气相沉积）技术及其制备的热障涂层结构性能特点；综述了等离子喷涂热障涂层单层、多层和梯度涂层的发展，着重总结了La₂Zr₂O₇、Gd₂Zr₂O₇、La₂Ce₂O₇ 3种陶瓷材料体系结构变化对涂层性能的影响；展望了热障涂层多层结构的发展前景。