等离子-物理气相沉积(PS-PVD)的材料输运行为与沉积机理研究进展EI北大核心CSCD

等离子-物理气相沉积(PS-PVD)具有制备层柱等多结构可控涂层的优异特性,但针对PS-PVD涂层结构调控的研究多局限于试错性试验,缺乏对涂层沉积与调控理论的研究,因此亟需对现有研究结果进行归纳、总结,以对PS-PVD沉积原理与涂层结构调控的进一步研究提供理论参考。针对PS-PVD所特有的涂层材料长距离输运、气液固多相态沉积过程,从涂层结构特征出发,综述PS-PVD沉积单元在经历喷枪内瞬时蒸发和喷枪外持续蒸发行为后,所进行的长距离输运行为与沉积行为的完整过程。此外,结合输运行为与沉积行为分析参数调控对沉积单元及涂层结构的影响规律,并对PS-PVD柱状结构涂层沉积机理的研究以及涂层制备技术的发展进行展望。     

等离子喷涂-物理气相沉积高温防护涂层研究进展

等离子喷涂-物理气相沉积（PS-PVD）是基于低压等离子喷涂发展起来的一种新型多功能薄膜及涂层制备技术。由于其独特的等离子射流特征,可实现气液固多相涂层沉积,获得非视线沉积。文中首先介绍了国内外PS-PVD技术等离子体数值模拟和在线检测技术的研究现状,其次讨论了PS-PVD羽-柱状结构热障涂层的形成机制及与传统热障涂层在热导率、抗冲蚀等性能方面的差异,阐述了PS-PVD技术制备环境障涂层的研究进展,最后对PS-PVD技术沉积高温防护涂层的优势和存在的问题进行了总结。     

PS-PVD等离子射流特性的光谱诊断研究进展

等离子喷涂-物理气相沉积（PS-PVD）作为一种新型喷涂技术融合了气相沉积与喷涂工艺两者的优点,其射流特性决定了涂层的结构与性能。光学发射光谱法（OES）作为一种等离子射流特性诊断技术,能实现射流特性原位检测,是判断射流内气化现象的有力手段。文中介绍了粉末送入前后及射流接触基体后射流特性的变化,展示了局部热力学平衡（LTE）假设及展宽理论下射流中各粒子状态的计算,探索了射流不同区域的传质传热等活动。Ar/He具有最高的温度,Ar具有高焓值对粉末的加热起主要作用,He凝聚射流能量对粉末的加热气化起关键作用,H₂会扩展射流宽度降低射流温度易形成带有致密层的柱状结构。结合射流数值模拟和射流光谱图可知,喷枪内复杂的热交互作用是粉末加热的主要原因,喷嘴处膨胀/压缩区发生热能与动能的交替转换,而射流中后段由于低压与高温继续发生气化现象,达到峰值后射流处于冷凝降温阶段,部分气相原子凝聚成团簇状粒子。文中还总结了功率、电流和送粉率等对等离子射流特性的影响等。     

等离子喷涂-物理气相沉积射流中粒子状态和分布

采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)在高温合金基体上沉积7YSZ热障涂层,通过分步沉积实验、径向和轴向的涂层结构分布实验探讨了涂层中各种粒子的种类、形成原因、对涂层结构的影响及射流中的粒子分布。研究表明:PS-PVD实际上是一种以气相沉积为主,多相混合的沉积方式。涂层的沉积过程中,气相沉积是柱状晶形成的主要原因;熔融及部分熔融的大颗粒对可以直接改变柱状结构的生长状态;气相再凝固和气化不充分残留的小颗粒对涂层的影响是一个累积的过程。气相主要集中在射流中心,越靠近射流边缘,部分熔融粒子的比例越高,最终导致PS-PVD沉积涂层结构出现空间分布特征。     

等离子喷涂-物理气相沉积热障涂层的表征技术研究进展

等离子喷涂-物理气相沉积技术(PS-PVD)是一门新型的热障涂层制备技术。概述了PS-PVD的技术优势,包括高的沉积效率、制备不同结构涂层的灵活性和优良的复杂结构工件适用性等。基于此,简单介绍了不同表征手段的测试原理与过程,重点总结了近年来应用于PS-PVD涂层表征手段的研究进展。包括组织结构相的表征手段:X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、电子背散射衍射、工业用计算机断层成像技术等;热防护性能的表征手段:隔热性能、静态/循环氧化、抗热震性能、热腐蚀性能测试等;力学性能的表征手段:拉伸性能实验、三点/四点弯曲实验、粒子冲蚀性实验以及纳米压痕实验等;并详细介绍了交流阻抗谱这一电化学无损检测手段。最后,对不同表征手段的准确性、便捷性、客观性等特性进行了总结,根据不同技术的优缺点提出了相应的评价与建议。展望了未来PS-PVD表征手段的三个需要发展的方向:便捷的非接触式诊断方法、高精度的涂层微区结构与性能表征和高效的仿真模拟技术应用。     

大气物理气相沉积行为对层流等离子喷涂Mo涂层结构影响*

通过提高基体温度或粒子温度可以突破大气等离子喷涂涂层结合率一般不超过 1 / 3 的瓶颈,然而目前粒子温度难以通过提高功率等方式进一步提高。基于大气层流等离子喷涂的相关研究证明了层流等离子射流具有射流长度长、速度低、能量密度高等特点,能够有效通过提高粒子在等离子射流的滞留时间从而实现对粒子的充分加热。为了研究层流等离子喷涂高熔点 Mo 涂层的结构演变规律与关键影响因素,并推导出金属与陶瓷涂层的一般沉积行为,使用扫描电子显微镜对三种喷涂参数下制备的 Mo 涂层的结构进行了表征与分析。结果表明,喷涂过程中,在等离子射流以及高温粒子对基体的原位加热作用下,Mo 的氧化物蒸气能够在等离子射流扫掠中与扫掠后附着、沉积在涂层表面,从而影响后续 Mo 粒子的沉积而改变涂层的微观结构。涂层的结构主要与 Mo 粒子的蒸发和基体温度有关。粒子蒸发越剧烈,基体温度越高,涂层越趋向于呈现出多孔岛状凸起结构;粒子蒸发越弱,涂层越趋向于呈现出层状结构,有利于实现低氧化、高致密金属涂层的制备,拓宽等离子喷涂的应用。综合以上研究结果,揭示层流等离子射流中的粒子大量蒸发现象与气相沉积过程,为其作为一种大气环境物理气相沉积的实施方式奠定了基础。     

等离子喷涂-物理气相沉积制备热障涂层对气膜冷却孔的影响

目的研究等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)制备热障涂层过程中影响气膜冷却孔堵塞情况的因素。方法采用等离子喷涂-物理气相沉积技术,以团聚烧结的ZrO_2-7%Y_2O_3(7YSZ)为原料,在预制有气膜冷却孔的高温合金板基体上制备热障涂层,研究了气膜冷却孔的孔角度、孔径大小等参数在热障涂层制备过程中对气膜孔堵塞情况的影响。结果当气膜冷却孔的孔径控制为0.85 mm时,30°、60°、90°气膜冷却孔的孔径收缩率分别为19.01%、14.50%、14.86%,孔径收缩率随角度的增大而减小,一定程度后保持稳定。孔内部涂层结构与表面涂层结构一致,都为柱状结构涂层。当气膜冷却孔的角度控制为30°时,孔径为1.0、1.3、15 mm的气膜冷却孔的孔径收缩率分别为36.40%、31.70%、24.45%,孔径收缩率随孔径的增大而减小。涂层在孔内的分布深度随孔径大小的增大而增大。结论气膜冷却孔的角度会影响PS-PVD热障涂层的沉积效率,从而影响孔径收缩率。气膜冷却孔的孔径不影响PS-PVD热障涂层的沉积效率,但会影响孔径收缩率。     

等离子喷涂-物理气相沉积制备纳米复合结构环境障涂层及热循环性能研究

在SiC/SiC陶瓷基复合材料(CMC)上制备了具有三层结构(Si/Mulltite/Yb2SiO5)的环境障涂(EBCs)。提出了一种新的等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)制备EBCs的方法来减少SiC/SiC CMC在水氧腐蚀下的降解。在制备EBCs之前,用喷雾干燥塔制备了团聚的YB2SiO5粉末。然后通过PS-PVD技术制备了致密的EBCs,得到了具有层状和柱状复合结构的Yb2SiO5涂层,并给出了这种特殊结构的沉积示意图。此外,还测试了PS-PVD制备的EBCs在1300℃ 到室温水中的热循环性能。在30次热循环实验后未出现明显的散裂现象,表明EBCs具有良好的抗热震性能。     

细团聚球形粉体的等离子物理气相沉积工艺适配性EI北大核心CSCD

等离子物理气相沉积(PS-PVD)技术由于可实现涂层组织结构柔性调控及高沉积效率和高隔热、长寿命热障涂层制备而被广泛关注,但其粉体制备技术及工艺适配性研究进展较为缓慢。开展PS-PVD粉体材料工艺适配性研究,通过粉体成分及结构的有效控制,设计并制得一种采用化学共沉淀原料的1~20μm的“双相”结构松散球形团聚8YSZ粉体,粉体具有高开孔率和一定自流动性。为了提高粉体的工艺适配性,系统研究PS-PVD工艺中不同喷涂距离、喷涂功率和偏离等离子射流中心不同位置的粉体沉积行为,发现通过粉体成分/结构的有效控制,在低喷涂功率、长喷涂距离和距离等离子射流中心的不同位置,均可实现良好的工艺适配效果及涂层气相沉积效果。通过粉体材料的优化控制可以降低气化过程中的耗能,提高粉体气相沉积效果和拓宽PS-PVD喷涂沉积适配的工艺窗口,实现在高能、高速等离子体中的高气相比例沉积。在PS-PVD用高工艺适配性粉体及其可控制备技术等方面取得了突破,系统地开展了该工艺用粉体制备及性能调控、粉体工艺适配性规律等的研究。     

H2对等离子喷涂–物理气相沉积射流及涂层结构性能影响研究进展

首先介绍了目前现有的等离子射流检测方法,着重综述了PS-PVD等离子射流非接触式检测手段—光谱诊断(OES)技术及其计算方法,以及通过此手段检测H2对射流特性的影响。其次,从H2对涂层物相、组织结构相和热导率的影响出发,介绍了现阶段国内外H2工艺参数对于涂层微观形貌结构影响的研究现状。基于此,通过涂层抗粒子冲蚀能力和抗钙镁铝硅酸盐(CMAS)腐蚀能力对涂层的力学性能和热防护性能差异进行了总结与评价。最后展望了今后PS-PVD制备热障涂层技术兼顾力学性能与热防护性能的发展可能性。     

团聚粉末粒度对PS-PVD制备GYbZ热障涂层的性能影响

目的 探究不同粒度的微米级团聚粉末对等离子喷涂–物理气相沉(PS-PVD)制备GYbZ热障涂层性能的影响。方法 以微米团聚的(Gd_0.9Yb_0.1)₂Zr₂O₇(GYbZ)粉末为原料,通过PS-PVD工艺在镍基高温合金表面用3种不同粒径团聚粉末制备GYbZ热障涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析GYbZ热障涂层的微观结构及相组成,采用电子万能试验机测试涂层的结合强度,采用自动水淬机对涂层的抗热震性能进行测试。结果 随着团聚粉末粒度的减小,团聚粉末的球形度会变低,且粉末的孔隙率逐渐变大,团聚粉末粒度越小,喷涂的气化率越高,涂层中未熔粒子越少,涂层羽–柱状结构越明显。D₅₀=13μm的团聚粉末在喷涂时,因粉末粒度过小,以及流动性较差,送粉过程中部分粉末未能顺利地通过喷嘴到达等离子焰流的中心,涂层的沉积率会略微降低。GYbZ团聚粉末衍射图呈现出Gd₂Zr₂O₇与Yb     

PS-PVD制备粘结层及其对热障涂层性能的影响

目的探究真空热处理对PS-PVD制备的粘结层的影响,并研究PS-PVD制备粘结层对热障涂层性能的影响。方法采用PS-PVD技术在高温合金基体上制备不同材料体系的粘结层和陶瓷层,采用真空热处理和高温氧化试验,对粘结层与基体界面间的元素扩散过程以及不同材料粘结层对热障涂层抗氧化性能的影响进行研究,并通过X射线衍射和EDS能谱对涂层的物相及元素分布进行分析。结果通过PS-PVD制备的不同粘结层体系的热障涂层试样,在近粘结层处的陶瓷层物相组成并无明显区别。粘结层与基体的元素扩散情况受真空热处理时间和温度的影响,随着真空热处理时间的延长,基体一侧的富铝相逐渐增多。当热处理8 h后,形成的扩散区的宽度已超过20μm;随着热处理温度的提高,同样也形成了更宽的扩散区。NiCoCrAlYTa/7YSZ热障涂层氧化100h后,TGO层的厚度达到4.0μm,氧化150h时,涂层发生脱离。NiCrAlY/7YSZ热障涂层氧化150 h后,TGO层的厚度达到4.4μm,但未出现脱离现象。结论热处理的时间越长,温度越高,粘结层与基体的元素扩散行为越剧烈。不同的粘结层材料会影响热障涂层的氧化动力学过程。     

燃气热冲击对PS-PVD和APS热障涂层的微结构和隔热性能的影响

采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)和大气等离子喷涂(APS)技术分别制备柱状和层状YSZ陶瓷层,在1 250℃的燃气热冲击下对比研究两种涂层体系的微结构演变和隔热性能变化。结果显示,燃气热冲击后PS-PVD和APS制备的两种YSZ层主要由t'相和c相构成。APS制备的YSZ层微裂纹不断生长开裂并出现局部层状剥落,而PS-PVD制备的YSZ层的"菜花头"间隙不断增大并出现局部"菜花头"剥落。同时表明,PS-PVD制备的热障涂层在长期燃气热冲击时抗氧化性及隔热效果均优于APS制备的热障涂层。     

海洋环境下物理气相沉积氮/碳基抗磨蚀涂层的研究进展

主要综述了海洋环境抗磨蚀防护涂层及技术的发展现状,对比了喷涂、高能束表面改性、物理气相沉积(Physical vapor deposition,PVD)三种常用技术的优劣势,并归纳了不同涂层在海水磨蚀条件下的磨损率和腐蚀电流密度,发现PVD制备的氮/碳基涂层呈现出更优的耐摩擦防腐蚀性能.进一步对海洋环境氮基与碳基抗磨蚀...