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)。     

热障涂层热导率的研究进展

简要回顾了热障涂层体系的发展,讨论了氧化锆陶瓷材料的传热规律,包括涂层微观结构、陶瓷成分等因素的影响.同时指出了改进陶瓷涂层热导率的方法和开发适用于更高温度下的陶瓷涂层材料的指导原则,并详细介绍了改善热障涂层热导率的研究现状.     

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。     

航空发动机用热障涂层陶瓷材料的发展现状及展望

热障涂层具有低热导率、高稳定性、高热膨胀系数等特点,是航空发动机高温部件热防护的重要手段,因此对热障涂层隔热性能和使用寿命的研究一直是工程应用领域的一个重要内容.国内外学者对热障涂层材料的结构、材料体系以及失效和损伤行为进行了广泛的研究.本文综述了热障涂层材料的国内外研究现状,并对其材料结构、材料体系及失效和损伤行为三个方面在不同影响因素下的差异进行了归纳和总结,同时对其今后的发展趋势进行了展望.     

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.     

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。     

陶瓷热障涂层的热导率和热扩散率测量

提出了应用3ω法进行等离子喷涂热障涂层材料的热导率和热扩散率测量的方法。测试了室温下2种典型的热障涂层材料Y2SiO5和La2Zr2O7的热导率和热扩散率,测试结果与文献中的结果吻合良好。实验中对不同孔隙率的样品的热导率在室温附近的温度区间内进行测试,结果表明,孔隙率的变化对热导率有明显的影响。另外,孔隙率对热扩散率有双向的影响,即存在某一孔隙率值使得涂层样品的热扩散率最大。     

热障涂层的研究进展与发展趋势

热障涂层一般由金属粘结层和具有低热导率的陶瓷顶层组成,应用于涡轮发动机的热端部件可显著提高其使用温度,延长部件的使用寿命,提高发动机的效率.综述了热障涂层的成分选择、制备方法及等离子喷涂和电子束物理气相沉积2种热障涂层的典型结构,分析了热障涂层的剥落失效机理,并简单介绍了热障涂层的寿命预测模型和隔热特性的研究.     

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。     

氧化锆陶瓷四方相以及晶界热导率的定量计算

氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)涂层是应用广泛的热障涂层材料。为了更好地研究各种因素对热障涂层热导率的影响, 使用压制烧结的方法制备基本致密的氧化锆陶瓷, 研究相组成和晶粒大小对热导率的定量影响。在不同的烧成制度下制备出不同晶粒大小的氧化锆陶瓷。用电子背散射衍射(EBSD)图像研究氧化锆陶瓷材料的相组成以及晶界的分布情况。综合有限元模拟的方法以及傅立叶传导方程, 计算出四方相和晶界的热导率分别为2.65 W/(m·K)和1.54 W/(m·K)。研究表明, 四方相的热导率比氧化锆陶瓷的热导率高, 而晶界的热导率比氧化锆陶瓷的低。     

树脂基复合材料隔热涂层的研究进展

对树脂基复合材料隔热涂层的发展状况进行了综述，探讨了不同隔热涂层的作用原理，特点和应用前景，以及需要解决的问题和发展方向，对其应用领域的进一步扩展进行了预测。     

Influence of Annealing on the Grain Growth and Thermal Diffusivity of Nanostructured YSZ Thermal Barrier Coating

The nanostructured zirconia coatings were deposited by atmospherically plasma spraying. Scanning electron microscopy （SEM）, transmission electron microscopy （TEM） and X-ray diffraction were used to investigate the microstructure of the zirconia coatings. Thermal diffusivity values at normal temperatures have been evaluated by laser flash technique. Effect of annealing on the microstructure evolution of the zirconia coating has been performed. The grains and thermal diffusivity are increased with increasing annealing time and temperature. The grain growth is according to the GRIGC （the grain rotation induced grain coalescence） mechanism. The increase in thermal diffusivity is attributed to the grain growth and the decrease in porosity of nanostructured zirconia coatings.     

陶瓷热障涂层和热循环试验研究

对利用电子束物理气相沉积（ＥＢ－ＰＶＤ）制备的Ｙ２Ｏ３稳定ＺｒＯ２（陶瓷层ＹＳＺ）热循环试验进行了初步研究。试样在高温条件下经受了冷热循环试验。通过扫描电镜和Ｘ－衍射等方法揭示了ＴＢＣ涂层在热循环试验前后涂层形貌和相结构的变化。     

纳米氧化锆涂层晶粒度与隔热性能的关系

将纳米热障涂层隔热性能与微观组织联系起来并进行定量描述的工作还处于起步阶段,采用纳米ZrO2团聚体粉末在不同的喷涂参数下制备了3种不同的纳米热障涂层,利用扫描电子显微镜、IA-32定量金相分析软件、X射线衍射仪对其进行了观察和分析,并结合非稳态激光脉冲法与差示扫描量热仪测量了涂层的热导率.研究表明:涂层中同时存在柱状组织和纳米级等轴组织,并以柱状组织为主;随着喷涂参数的改变,二者的相对比例发生变化;纳米级等轴组织含量对涂层的平均晶粒度和热导率都有重要影响;随着涂层晶粒度的减小,热导率随之降低.     

超音速微粒轰击粘结层对热障涂层抗氧化性能的影响

较长时间高温氧化,会使金属粘结层与热生长氧化物界面处贫铝,造成热喷涂陶瓷层失效.对金属粘结层进行超音速微粒轰击,可以增加铝扩散的浓度梯度,提高热障涂层的抗氧化能力.采用等离子喷涂(APS)在镍基高温合金GH99上制备了热障涂层,并对粘结层进行了超音速微粒轰击处理,研究了该处理工艺对粘结层显微结构及高温氧化行为的影响.结果表明:APS热障涂层经1 050 ℃、96 h氧化后.热生长氧化物层产生大量非保护性混合氧化物;超音速微粒轰击工艺使粘结层表层区域产生大量位错等缺陷,涂层经1 050 ℃、3 h氧化后进入稳态氧化期,同时出现Al在粘结层表层的富集,经1 050 ℃、196 h氧化后粘结层无加速氧化趋势,热障涂层的抗高温氧化性能得到提高.     

热处理对二氧化钛表面二氧化硅包膜的影响

通过单流匀速滴定法在二氧化钛颗粒表面均匀包覆一层二氧化硅,系统地研究热处理温度对这层硅包覆层的形貌和相组成的影响;采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和傅立叶红外光谱仪(FTIR)等手段对包硅二氧化钛颗粒进行表征。结果表明:150℃热处理形成连续致密的硅二氧化硅覆层;500℃热处理3 h后形成岛状二氧化硅膜;700℃热处理后形成不连续的硅二氧化硅覆层,并有脱落的倾向;当温度升到1 000℃时,硅二氧化硅覆层会脱落,二氧化钛的粒径增大,大约在1 000℃,二氧化硅包覆层结晶化。     

EB-PVD 热障涂层的热循环失效机理

采用电子束物理气相沉积方法(EB—PVD)在NiCrAlY粘结层上沉积Y2O3部分稳定的ZrO2陶瓷层。对样品进行了1050C的热循环实验。结果表明，沉积态陶瓷层表面比较致密．其柱状晶粒簇拥成团，晶粒簇间存在间隙。随着热循环不断进行，陶瓷层表面变得疏松，晶粒簇间距增大，相邻较大的间隙互相连接成微裂纹。并逐渐横向及纵向扩展。1050C循环200次，粘结层氧化物是均匀连续的—薄层，主要由Al2O3组成；循环300次后,出现了NiO、尖晶石等氧化物。根据显微结构观察和EDS、XRD分析结果，提出了EB—PVD热障涂层热循环的失效机理。     

Analysis of Interfacial Coating Effect on Thermal Stress in Composites

A preliminary model for the analysis of thermo-mechanical behaviour of interfacial coatings on thefibers in unidirectional composites have been developed on the solution of thermo-elastic mechan-ics. Thermal stress would be introduced into the composite during cooling because of the mismatchof thermo-mechanical properties among their components. The low modulus coating can effectivelyreduce the interracial stress caused by different thermal expansion coefficient between fibers and ma-trix, no matter how high or low the expansion coefficients of coatings are in CF/Al and SiC/Ticomposite systems, however, high modulus coating can decrease the interfacial compressive stress,only when the thermal expansion coefficient of coating is lower.     

Ni-P-PTFE化学复合镀层导热性能的研究

采用Ni-P-PTFE化学复合镀对铜管进行表面处理能有效减少污垢在换热表面上形成。然而,在实际应用上,复合镀层对铜管导热性能的影响是必须考虑的问题。实验利用热阻法对铜基Ni-P-PTFE复合镀层的导热系数进行测量,并利用Wilson plot方法处理数据最终得到Ni-P-PTFE复合镀层的导热系数。分析了镀层各组分镍(Ni),聚四氟乙烯(PTFE),碳(C),磷(P)的质量分数对其导热性能的影响规律。结果表明,Ni-P-PTFE复合镀层的导热系数随PTFE和P的质量分数增大而降低,随C的质量分数增加而增大。当PTFE,C以及P的质量分数w(PTFE)=1.76%,w(C)=3.82%和w(P)=10.81%时,最大值为23.12 W/(m.K)。尽管复合镀层的导热系数不高,但由于其厚度很小,镀层产生的热阻仅为9.91×10-5~1.6×10-4(m2.K)/W,所以复合镀层铜管仍保持很高的导热系数值314.88~357.55W/(m.K)。     

添加剂对Cr2O3涂层热震失效寿命的影响与涂层的实际选用

在Cr2O3涂层中加入不同含量的CeO2和SiO2添加剂,通过涂层热震试验及对热震试验结果的计算分析表明,涂层的热震失效本质为热应力疲劳失效;在Cr2O3涂层中加入CeO2和SiO2,可显著提高涂层的临界热震温差范围ΔTc,采用CeO2作添加剂使涂层的热震抗力系数提高较多,而SiO2则更多地提高ΔTc,涂层在300℃温度下工作时,选用3．0％CeO2作添加剂,使之具有较好的综合性能,涂层在300－500℃范围内工作,采用3．0％－6．0SiO2作添加剂,其抗热震性较好。