热喷涂纳米结构涂层的研究

纳米材料具有许多优异的特性,利用热喷涂技术制备纳米结构涂层是一种应用纳米材料的有效办法.文中介绍了纳米结构涂层喷涂材料的制备,包括液体喂料制备纳米材料、纳米粉末材料和纳米药芯丝材的制备,以及热喷涂制备纳米结构涂层的种类,纳米结构涂层的种类包括纳米结构陶瓷涂层、金属-陶瓷纳米复合涂层和金属纳米结构涂层.简要介绍了制备这些涂层所采用的工艺方法,以及涂层的结构和性能.指出了目前热喷涂制备纳米结构涂层存在的问题,并对其应用和发展前景作了展望.     

等离子喷涂纳米结构Al2O3＋13％TiO2涂层的热震失效机理

研究了纳米结构Al2O3+13%TiO2(AT13)陶瓷涂层的微观组织,并对其进行热震试验,分析涂层热震前后组织结构的变化,并结合交流阻抗法研究了涂层的热震失效机理.结果表明,陶瓷涂层存在1.02%的通孔,热震过程中氧穿越通孔,使粘结层/陶瓷层界面生成一层氧化物.粘结层/基底界面的氧化物主要为疏松的氧化铝,随着热震次数增多,氧化物层厚度增大.纳米结构AT13陶瓷涂层热震失效发生在粘结层/陶瓷层界面.     

热喷涂纳米结构涂层的研究进展及在外军舰艇上的应用

军事装备都面临着极端的服役条件,包括腐蚀、磨损、高温等作用,以及由此造成的设备运行故障、预期寿命下降等问题,纳米涂层为更有效解决上述问题开辟了新途径.文中综述了热喷涂纳米结构热障涂层、纳米结构WC/Co涂层、纳米结构功能涂层、纳米结构自润滑涂层和纳米结构氧化物陶瓷涂层的研究进展及在外军舰艇上的应用情况,重点介绍了已用于数百种美国海军舰艇零部件上的热喷涂纳米结构Al2O3/TiO2陶瓷涂层.应用纳米结构涂层可显著提高舰船零部件的使用性能和寿命,从而增强海军的战斗力,也可创造巨大的经济效益.     

中科院力学所纳米结构陶瓷涂层界面粘结性能研究取得进展

正近日,中国科学院力学研究所在纳米结构陶瓷涂层与合金基底的界面粘结性能、纳米结构涂层的导热性能和弹性性能等研究上取得了新进展,揭示了界面粘结性能及相关力学性能的微结构尺度效应及其物理机制。陶瓷涂层由于具有良好的热绝缘、抗氧化及耐腐蚀等优异性能,在机械工程、化工、生物医疗、电子、航天航海等众多领域都有广泛应用。如航空发动机的叶片由于工作温度高达一千度以     

粘结层粗糙度对YSZ涂层热震性能的影响

目的 提高YSZ涂层的服役寿命.方法 采用火焰喷涂和等离子喷涂的方法,在GH4169高温合金上分别制备NiCoCrAlY粘结层和8YSZ陶瓷层.在制备陶瓷层之前,通过低压喷砂的方法对粘结层表面进行处理,改变粘结层的表面粗糙度.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、3D测量激光显微镜,表征涂层的物相、微观形貌和表面粗糙度.使用马弗炉进行1100℃的热震实验,表征YSZ涂层的热震性能.结果 通过喷涂方法制备的粘结层,表面较为粗糙,喷砂处理后,有效地改善了表面情况,表面粗糙度下降了1～3μm.随着热震实验的进行,陶瓷层和粘结层中间形成的热生长氧化物(TGO)不断增厚.喷砂处理后,涂层的氧化速率降低.热震实验后,涂层边缘处会萌生微裂纹,随着裂纹的累积扩展,最终贯通,形成局部的涂层剥离.失效前后,YSZ没有相变发生.结论 涂层失效多发生在TGO界面处,粘结层的高温氧化引起TGO层生长增厚,会导致涂层的失效.平整的TGO生长界面可以减少接触面,降低粘结层的氧化速率.平整界面可以避免局部起伏造成的TGO过度生长.经过表面喷砂处理改善粘结层粗糙度的涂层,具有更优异的抗热震性能.TGO层的形成和生长,容易导致微裂纹的萌生和扩展.粘结层表面处理后,能够为TGO的形成和生长提供相对平整的界面,有效提高TGO的质量,进而提高涂层的抗热震性能.     

一般问题/焊接科学和技术的发展及前景

纳米材料具有许多优异的特性，利用热喷涂技术制备纳米结构涂层是一种应用纳米材料的有效办法。介绍了纳米结构涂层喷涂材料的制备，包括液体喂料制备纳米材料、纳米粉末材料和纳米药芯丝材的制备，以及热喷涂制备纳米结构涂层的种类，其中包括纳米结构陶瓷涂层、金属一陶瓷纳米复合涂层和金属纳米结构涂层。[第一段]     

电机轴承防护措施及Al2O3陶瓷绝缘涂层研究现状

讨论了避免电机轴承电蚀失效的主要防护措施,包括安装接地碳刷疏导轴电流、使用绝缘轴承截断轴电流这两类方式,并对其优缺点分别进行了阐述.针对绝缘轴承,着重分析了Al2O3陶瓷涂层的热喷涂工艺(粉末粒径、喷涂参数等)、涂层结构(表面形貌与微观组织)以及涂层性能(力学性能、摩擦性能、绝缘性能)三者间的关系,介绍了通过掺杂其他金属阳离子氧化物或纳米结构粉末对涂层性能进行改性的方法.在此基础上,对绝缘轴承Al2O3陶瓷涂层制备技术存在的难点进行了分析,总结了存在的主要问题.最后对绝缘轴承Al2O3陶瓷涂层制备技术的发展趋势进行了展望.     

再制造的热喷涂合金涂层的结构完整性与服役寿命预测研究

热喷涂技术是再制造工程的支撑技术,热喷涂涂层是再制造领域中常见的表面涂覆层,其初始质量和服役寿命为人关注.本文以等离子喷涂为例,研究了与工艺相关的涂层完整性和与服役条件相关的涂层寿命和失效机理.以不同H_2流量、功率和送粉量为条件,研究了工艺参数对涂层孔隙率和微观力学性能的影响.以接触疲劳过程为手段,研究了涂层寿命预测方法和寿命衰退机理.结果表明,工艺参数可以不同程度地影响涂层的结构完整性,通过优化设计可以大幅提高涂层质量;基于大样本空间建立的S-N曲线可以直观预测涂层接触疲劳寿命,机理分析表明,点蚀、剥落和分层失效诱因不尽相同,分别由粗糙接触、近表面缺陷和剪切应力导致.     

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。     

粘结层真空退火处理对热障涂层热循环寿命的影响研究

目的研究粘结层真空退火处理对热障涂层热循环条件下服役性能的影响。方法在某二代镍基单晶高温合金上涂覆铂铝粘结层,然后采用电子束物理气相沉积法沉积氧化钇稳定的氧化锆陶瓷层,构建热障涂层体系,在1100℃下可自动升降的循环氧化炉中进行热循环测试,通过高精度电子天平对涂层样品进行称量并绘制质量变化曲线,采用拍摄宏观照片的方式观察样品表面陶瓷层剥落情况,利用扫描电子显微镜观察沉积态及热循环后的样品截面微观组织结构形貌。结果与沉积态粘结层相比,在高真空中进行退火处理后,热障涂层的热循环寿命几乎增加一倍,且陶瓷层与热生长氧化膜结合良好。未经过真空处理的铂铝涂层表面陶瓷层发生明显剥落,且热生长氧化膜质量较差,出现了明显裂纹。结论真空退火处理可使铂铝涂层表面更加平整,在高温氧化过程中生成的低缺陷氧化膜有更好的质量,陶瓷层与粘结层的结合力更强,热障涂层体系的服役性能和寿命得到有效提升。     

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。     

等离子喷涂典型耐磨涂层材料体系与性能现状研究

等离子喷涂作为重要的热喷涂技术之一,在零件表面强化处理与再制造损伤修复领域具有广泛的应用.由于不同机械零部件工作环境(温度、转速、腐蚀环境、润滑状况等)、基体材质及运动形式等因素存在较大的差异,因而通常需根据其具体服役工况选择最优的表面强化涂层,以满足零件表面摩擦学性能需求,提升机械装备的综合服役性能.基于此,对国内外...     

Development of electrically conductive plasma sprayed coatings on glass ceramic substrates

The production of functional coatings on glass or glass ceramic substrates is of outstanding interest in modern product development due to the specific thermophysical properties of glasses, like low or even negative CTE, low heat conductivity and high dimensional stability. Atmospheric plasma spraying (APS) is an adequate technology for the deposition of a wide variety of materials on glasses and opens new application fields for thermal spraying technology in engineering and consumer industries.Metals are the frequent solution to produce electrically conductive layers in thermal spraying operations. Concerning applications with glass ceramic as a substrate, an intermediate oxide ceramic coating is applied before depositing the metallic layer, so that the distribution of residual stresses in the composite caused during and after the deposition process due to the mismatch in the materials thermophysical properties is minimized. However, the electrical properties required for the developed coatings presented in this paper can be fulfilled using other spraying materials, like mixed phases of oxide ceramics and metal powders, or pure ceramic materials. In this way, mono-layer electrically conductive systems which ensure the required stability and adhesion of the coating can be developed, reducing as well production time and costs.In the proposed approach, the three systems, metal oxide layer-composites, ceramic-metal mixed layers and ceramic mono-layers as conductive coatings on glass ceramics were thermally sprayed with APS. The coatings were characterized in terms of residual stress distribution and electrical conductivity. The influence of the process parameters on the coating electrical and mechanical properties was analyzed using the design of experiments (DOE) methodology.     

Finite Element Modeling of the Different Failure Mechanisms of a Plasma Sprayed Thermal Barrier Coatings System

A new finite element model is used to investigate catastrophic failures of a thermal barrier coatings system due to crack propagation along the interfaces between the ceramic top-coat, thermally grown oxide, and bond-coat layers, as well as between the lamellas structure of the ceramic layer. The thermo-mechanical model is designed to take into account a non-homogenous temperature distribution and the effects of the residual stresses generated during the coating process. Crack propagation is simulated using the contact tool ??Debond?? present in the ABAQUS finite element code. Simulations are performed with a geometry corresponding to similar or dissimilar amplitudes of asperity, and for different thicknesses of the oxide layer. The numerical results have shown that crack evolution depends crucially on the ratio of the loading rate caused by growth and swelling of the oxide layer and also on the interface roughness obtained during the spraying of coatings.     

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。     

有色金属热喷涂陶瓷涂层研究进展

介绍了国内外有色金属材料热喷涂陶瓷涂层技术研究所取得的成就和存在的问题,对陶瓷涂层材料的设计和热喷涂工艺的选择、涂层与基体的结合机理以及结合强度进行了综述,并对有色金属材料热喷涂技术的应用进行了展望.     

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。     

石墨和C/C复合材料表面ZrB2-SiC陶瓷涂层的研究进展

C/C复合材料具有优异的高温力学性能,是航空航天领域最具发展前景的结构材料之一,但在高温含氧环境中的氧化问题严重地限制了其实际应用。涂层技术是提升基体抗氧化能力的有效手段,因ZrB_2-SiC陶瓷涂层具有优异的抗氧化、抗烧蚀、抗热震等性能,非常适合作为C/C复合材料的高温防护涂层。首先,介绍了ZrB_2-SiC陶瓷涂层在氧化和烧蚀过程中组织结构的演变规律,阐明了该涂层的高温防护机理;然后,综述了该涂层的主要制备方法(包埋法、CVD、等离子喷涂)及每种方法的优点与不足,并对不同方法所制备涂层的抗氧化性和抗烧蚀性进行了比较;之后,针对该涂层研究和应用中存在的问题,如涂层致密性差、元素分布不均匀、应用温度范围窄、与基体热匹配性差等,从粉体改性和掺杂改性两方面总结了该涂层的改性研究现状,重点阐述了对ZrB_2-SiC粉末进行喷雾造粒和感应等离子球化处理对于提升等离子喷涂涂层性能的重要意义;最后,从涂层制备、涂层结构设计、涂层改性、涂层性能测试等方面,指出了该涂层体系存在的主要问题和未来的发展方向。