YSZ喷涂粉末制备工艺及其对涂层性能影响

针对不同类型的Y2O3部分稳定ZrO2(YSZ)喷涂粉末,分析喷涂粉末对等离子喷涂氧化锆热障涂层结构和性能的影响。结果表明:熔融破碎型粉末涂层的孔隙率较小,热导率较大;空心球形粉末涂层孔隙率适中,层间孔隙率较大;扁平粒子界面数量较多,涂层的热导率最小,团聚烧结型粉末涂层虽然具有最大的孔隙率,但是层间孔隙率和扁平粒子界面数量小于空心球形粉末涂层的,其热导率介于两者之间;高纯和低密度YSZ喷涂粉末可提升热障涂层的抗烧结能力,从减小热障涂层热导率及延长高温使用寿命的角度考虑,应发展高纯、低密度的空心球形粉末技术。     

等离子喷涂纳米ZrO2-8%Y2O3涂层的结构及性能

热障涂层能提高工件的性能,延长其使用寿命,但目前对其厚度0.5 mm以上的研究报道不多.为此,以纳米ZrO2-8%(质量分数)Y2O3粉末(YSZ)为原料,用等离子体喷涂法制备了3种厚度(0.6,0.8,1.2 mm)的热障涂层,并对涂层的结构和性能进行了研究.结果表明:纳米涂层主要由未熔粉末及周围的柱状晶、等轴晶组成,可观察到大量纳米晶,喷涂电流对组织结构的影响远大于喷涂距离;热障涂层结合强度随涂层厚度的增加而降低;涂层隔热性能随涂层厚度的增加而提高,温度越高优势越明显.     

H_2对等离子喷涂-物理气相沉积热障涂层的结构和抗冲刷性能的影响

改变用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)工艺制备热障涂层时等离子工作气体中H2组分的流量,制备出不同的ZrO_2-7%Y_2O_3(7YSZ)热障涂层并研究了H_2对PS-PVD热障涂层的影响。结果表明:等离子工作气体中的H_2对PS-PVD热障涂层的表面形貌、微观结构、孔隙率、硬度和抗冲蚀性能等性质有显著的影响。H_2流量分别为0、5、10 SLPM时制备的PS-PVD热障涂层,其孔隙率分别为16.7%、20.4%、7.7%;显微硬度分别为224.2 HV0.025、236.6 HV0.025、394.4 HV0.025;固体颗粒冲蚀25 s后的失重量分别为78.5 mg、65.0 mg、17.3 mg。随着H_2组分流量的增大热障涂层的孔隙率先增加后减小,柱状结构逐渐变化,硬度和抗冲蚀性能提高。     

基于粉末冶金纳米YSZ热障涂层的研究与应用

以结合强度为衡量指标,由L9（3^4）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,涂层中保留未完全熔融的小尺寸颗粒,该结构对提高涂层的性能极为有利,其中结合强度可达38．26MPa,300℃涂层的隔热温度在100℃以上。     

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Sm2Zr2O7热障涂层及其性能

为研究稀土锆酸盐热障涂层的抗热震性能及隔热性能,以Sm2O3和ZrO2为原料,采用固相反应法制备了热喷涂用Sm2Zr2O7粉末,并采用大气等离子喷涂技术在LY12合金表面制备了Sm2Zr2O7热障涂层.利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等测试技术研究了Sm2Zr2O7粉末和Sm2Zr2O7涂层的微观组织结构、涂层结合强度和热导率.结果表明:制备的Sm2Zr2O7粉末主要呈短轴状,颗粒内部结合紧密,可满足热喷涂的需要;喷涂前后Sm2Zr2O7相成分没有发生任何变化,具有良好的相稳定性能;Sm2Zr2O7热障涂层组织结构致密,涂层的孔隙率约为14.31%,结合强度约为19.8 MPa;在相同的孔隙率下,Sm2Zr2O7涂层的热导率仅为YSZ涂层的37.6%和纳米YSz涂层的42.1%.     

热传导对双陶瓷热障涂层隔热效果影响研究

为了更好地设计双陶瓷热障涂层结构,考察在制备和服役过程中热导率的变化对隔热效果的影响,建立了双陶瓷热障涂层半透明数学模型,采用有限元ANSYS软件模拟了稳态隔热效果.结果表明:顶层陶瓷层的热导率增大降低了隔热效果,且随顶层厚度增加隔热效果降低幅度增大;第2层陶瓷层的热导率增大降低了隔热效果,且随顶层厚度增加隔热效果降低幅度减小;陶瓷层半透明且衰减系数很小时,顶层厚度增加,隔热效果先快速后缓慢增加至不变甚至略有降低,且远低于相同条件下不透明时.顶层陶瓷层热导率变化对隔热效果影响大于第2层陶瓷层.     

热处理对热障涂层孔隙率及热导率的影响

热障涂层高温使用过程中不可避免发生烧结,引起涂层失效。为探索烧结过程对涂层可靠性的影响,采用等离子喷涂制备氧化钇稳定氧化锆(YSZ)涂层,并对其进行1 000,1 100,1 200,1 300℃高温烧结试验,研究其高温烧结过程中的微观结构及热导率演变规律。结果表明:高温热处理引起热障涂层组织结构和热导率均发生变化,稳定状态的孔隙率为12%~14%,在热障涂层服役温度范围内热导率增加到1.25~1.45 W/(m·K)。     

Cr_2O_3-8%TiO_2等离子喷涂层结合强度、表面状态与喷涂层厚度的关系

以往,有关等离子喷涂CrO3-8%TiO2涂层厚度与涂层性能关系的报道较少,为此,通过优化工艺参数,在45钢表面等离子喷涂不同厚度(350,450,550μm)的Cr2O3-8%TiO2涂层,研究了涂层厚度与其结合强度、硬度和孔隙率之间的关系。涂层厚度为350,450,550μm时,结合强度分别为29.2,11.5,7.2MPa,显微硬度分别为2528,2190,1930HV;孔隙率分别为3.80%,3.95%,4.45%。结果表明,随Cr2O3-8%TiO2喷涂层厚度的增加,涂层的结合强度减小,孔隙率增加,造成显微硬度降低。     

制备参数对等离子喷涂热障涂层高温冲蚀性能的影响

燃机热端部件热障涂层实际服役过程中不可避免发生高温冲蚀,引起涂层失效。采用等离子喷涂工艺制备不同喷涂距离、不同喷涂功率的热障涂层,并对其进行1 000℃/60°高温冲蚀试验,研究制备参数对热障涂层耐高温冲蚀性能的影响规律。结果表明:42 kW功率制备涂层,随喷涂距离的增加(110,120,130 mm),涂层耐高温冲蚀性能降低,冲蚀率显著增大(31.40,45.11,76.79 mg/g);110 mm喷涂距离下制备涂层,随喷涂功率的增加(39,42 kW),涂层耐高温冲蚀性能提高,冲蚀率减小(58.86,31.40 mg/g);涂层力学性能是影响其高温冲蚀性能的重要因素。     

等离子喷涂Sm2Zr2O7/8YSZ热障涂层热冲击应力的数值模拟

热障涂层的热冲击应力对其热冲击性能有重要影响,有关其热冲击应力的研究鲜见报道.采用有限单元法研究了基体材质、厚度对等离子喷涂Sm2Zr2O7/8YSZ热障涂层水淬热冲击应力的影响,并与8YSZ涂层比较.结果表明:涂层内存在较大径向冲击热应力,其值随基体热膨胀系数增加而增大;随基体厚度增加,径向应力逐渐增加,厚度超过25 mm后对径向应力无影响;剪切压应力的绝对值随基体厚度增加而增大,基体厚度超过20mm后趋于稳定;基体厚度对轴向应力无影响;该涂层的抗热冲击性能优于传统8YSZ涂层.     

超音速电弧喷涂Ti-Al涂层抗滑动磨损性能研究

采用二次正交回归试验设计原理和钛铝双丝超音速电弧喷涂Ti-Al合金复合涂层方法，对LY12铝合金进行了表面强化研究，并采用金相、XRD、SEM、硬度和磨损试验方法，对涂层的组织结构及力学性能进行了表征，考察了喷涂工艺参数对涂层孔隙率、显微硬度和耐滑动磨损性能的影响，研究结果表明：在本文的实验条件下，涂层的体积磨损量、孔隙率、显微硬度与喷涂电压和喷涂距离之间的变化规律，可用回归模型进行描述；随喷涂电压的增大，涂层磨损量逐渐下降；喷涂距离小于220mm时，随喷涂距离的增大涂层磨损量逐渐增大；喷涂距离为220mm时，磨损量达到最大，继续增加喷涂距离，涂层的磨损量逐渐下降；在干摩擦条件下，Ti-Al合金涂层的磨损机制主要以化合物相剥落引起的磨粒磨损和氧化磨损为主。     

等离子喷涂-物理气相沉积制备7YSZ热障涂层及其热导率研究

通过等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术在3种不同工艺参数下制备7YSZ热障涂层。采用XRD和SEM分析涂层的相结构和微观组织,利用激光脉冲法测量涂层不同温度下的热导率。结果表明:通过调整工艺参数中电流的大小和等离子气体成分,可以制备截面呈柱状、致密层状和柱-颗粒状混合组织结构,表面呈"菜花"状或起伏的多峰状的YSZ热障涂层。涂层的相结构由粉末的单斜相氧化锆(m-ZrO_2)转变为涂层中的四方相氧化锆(t-ZrO_2),并保留至室温。在700~1100℃时,YSZ涂层的热导率随着温度的升高而增大。柱状晶结构涂层因具有较大的孔隙率,可以有效降低涂层的热导率,其热导率为1.0~1.2W·m~(-1)·K~(-1);而层状结构涂层由于比较致密,其热导率相对较高。     

飞机发动机风扇叶片CuNiIn涂层等离子喷涂的工艺优化

为了给国内航空发动机风扇叶片Cu Ni In涂层制备提供相关技术支持,利用等离子喷涂技术在Ti6Al4V基体材料上制备Cu Ni In涂层,观察涂层微观结构,分析涂层孔隙率、界面污染物等,研究喷涂功率、喷涂距离及基体表面粗糙度对涂层结合强度、显微硬度等的影响。结果表明:喷涂功率的增加会导致Cu Ni In涂层显微硬度增加,结合强度降低;喷涂距离增加,涂层显微硬度和结合强度都呈现先增后减的趋势;基体表面粗糙度增加,涂层结合强度增加,但粉末沉积率降低;优化工艺为喷涂功率32.3 k W,喷涂距离85 mm,采用36目白刚玉喷砂(基体表面粗糙度6.3μm);优化工艺制备的涂层结合强度达到45.83 MPa,显微硬度达到159.2 HV,孔隙率为0.578%,可为国内风扇叶片Cu Ni In涂层制备提供相关技术支持。     

稀土氧化物掺杂改性YSZ热障涂层研究现状与趋势

随着科技的进步与发展,面对日趋复杂的工作环境,传统的氧化钇部分稳定的氧化锆(Yttria partially stabilized zirconia)热障涂层材料在高于1200℃的环境下服役时,易出现相变、烧结收缩严重等问题,降低了涂层的隔热性能,同时伴随有一定的体积变化而加速涂层的剥落,需要研发性能更好的热障涂层以适应未来的工作环境.新一代热障涂层分为以下几类:(1)掺杂稀土氧化物改性YSZ热障涂层;(2)萤石或焦绿石结构热障涂层;(3)钇铝石榴石或磁铁铅矿热障涂层;(4)钙钛矿结构热障涂层.其中,采用稀土氧化物掺杂对YSZ进行改性的热障涂层由于可以有效降低热障涂层的热导率,提高其高温相稳定性、高温抗氧化性、高温抗腐蚀性能等而引起国内外学者的关注.本文主要介绍了目前几种有希望代替传统YSZ涂层的稀土氧化物掺杂改性YSZ热障涂层,稀土氧化物包括CeO2、Sc2 O3、Gd2 O3、La2 O3,对不同稀土氧化物掺杂改性YSZ热障涂层材料的物理化学性质、研究现状及存在的问题进行了综述.其中掺杂CeO2可降低涂层的热导率,使其耐Na2 SO4腐蚀能力增强,并提高其热稳定性;掺杂Sc2 O3不仅降低涂层的热导率,还大大提高其相稳定性,使涂层在1500℃高温下经过长时间热处理后仍然保持单一的t'相;掺杂Gd2 O3可有效提高其耐热腐蚀性,但过量掺杂会降低涂层的力学性能;掺杂La2 O3可增强涂层的抗烧结能力,有效降低其热导率.本文还对影响稀土氧化物掺杂改性YSZ热障涂层性能的其他因素(如制粉方式、喷涂工艺等)的研究现状进行了简单的介绍,对今后热障涂层体系的发展趋势及研发思路进行总结,为新型热障涂层的研制提供参考.     

等离子喷涂用Y2O3稳定ZrO2空心球形粉末制备技术及涂层性能的研究现状

原始粉末是影响等离子喷涂热障涂层组织结构和性能的主要因素之一。Y_2O_3稳定ZrO_2(Yttria stabilized zirconia,YSZ)空心球形粉末综合了熔融破碎粉末的预合金化效果好和团聚烧结粉末的流动性好的优点。采用该粉末制备的YSZ热障涂层的隔热性能、抗热震性能以及抗烧结性能等均显著提高,是目前综合性能最为优异的热障涂层之一。结合国内外研究情况,文章主要介绍了喷雾干燥法、等离子球化法以及模板法制备等离子喷涂用YSZ空心球形粉末的原理和优缺点;同时,对等离子喷涂过程中YSZ空心球形粉末熔滴的飞行特性、铺展凝固行为以及YSZ空心球形粉末制备涂层组织结构及性能的研究进行了概述;最后,指出了目前研究中存在的问题并对其未来的研究方向进行了展望。     

铝基粉芯线材电弧喷涂工艺参数优化研究

为了使铝基粉芯线材电弧喷涂涂层获得优良的涂层性能,选择涂层孔隙率为判据,通过正交试验和OLYC IA m3金相图像分析系统对铝基粉芯线材电弧喷涂工艺进行了优化,同时采用SprayW atch热喷涂监控系统对喷涂过程中粒子的飞行速度和温度进行了测定.经研究得到了铝基粉芯丝材电弧喷涂的最佳工艺参数.结果表明,影响铝基涂层致密性的工艺因素按主次顺序分别为喷涂气压、喷涂电压和喷涂距离;在所选试验范围内,随气体压力和喷涂电压的增大、喷涂距离的减小,涂层的孔隙率降低;在优化的喷涂工艺参数条件下,铝基涂层最小孔隙率可达1.3%.     

Ti-Al双丝超音速电弧喷涂涂层的滑动磨损特性研究

为了提高铝合金(LY12)的表面耐磨性,采用钛、铝金属丝材和SAS-Ⅰ型超音速电弧喷涂设备,利用二次回归正交试验方法、有润滑滑动磨损试验、涂层显微组织和磨损表面形貌观察、XRD分析,定量分析了喷涂电压和喷涂距离对涂层滑动磨损体积的影响规律,并进行了喷涂工艺参数的优化及其与基体滑动磨损的对比试验.结果表明:在特定的磨损和喷涂条件下,当喷涂距离较小时,随喷涂电压的增大,涂层的体积磨损量逐渐减小;随着喷涂距离的增加,涂层的体积磨损量随喷涂电压的升高逐渐增大,并且喷涂距离越大,涂层的体积磨损量随喷涂电压增大的速率愈大.当喷涂电压比较低时,涂层的体积磨损量随喷涂距离的增大而降低,但是,随喷涂电压的逐渐升高,涂层的体积磨损量随喷涂距离的增大逐渐上升,并且,喷涂电压愈高,其随喷涂距离而增加的速率越快.当喷涂电压和喷涂距离分别为26V和0 236m时,涂层具有最佳的耐滑动磨损性能,根据该工艺参数制成的涂层,其滑动磨损体积仅为LY12铝合金的1/38.84.即在适当的工艺条件下,Ti-Al双丝超音速电弧喷涂涂层对LY12铝合金具有显著的表面耐磨强化作用.     

钛-铝双丝超音速电弧喷涂层显微硬度特性研究

利用SAS-Ⅱ型超音速电弧喷涂设备、工业级钛、铝丝材在LY12铝合金基体上制备了钛铝复合涂层,并对其显微硬度进行了测定.根据均匀设计实验方案和二次多项式逐步回归分析,获得了实验范围内,显著水平为0.002、相关系数为0.98的钛铝超音速电弧喷涂涂层显微硬度与喷涂电压、喷涂电流和喷涂距离的关系式.进一步分析表明:当喷涂电流较小时,随喷涂电压的增大,涂层的硬度逐渐下降;当喷涂电流较大时,随电压的增大,涂层的硬度随之增大,而且喷涂电流越大,其硬度的上升速度越快.而喷涂距离对涂层显微硬度的影响呈弱线性递增的关系.     

基于真实组织的模拟技术在热障涂层热导率预测中的应用探索

孔隙结构是影响涂层热导率的关键因素,采用激光脉冲法对2种工艺参数制备的YSZ热障涂层的热导率进行测试,并利用面向对象有限元分析技术(OOF)研究热障涂层微观结构对热导率的影响,探讨该技术在热障涂层隔热性能研究中应用的可行性和影响因素.结果 表明:基于真实涂层组织结构的热导率预测计算结果会受到模拟过程中的边界条件、网格划...