高参数汽轮机部件CoCrWSi系涂层制备及性能研究

采用超音速火焰喷涂工艺制备CoCrWSi系高温抗氧化涂层,并对喷涂态涂层金相组织、显微硬度、结合强度、开裂韧性等性能进行分析.通过长时静态氧化、热震试验考核涂层高温抗氧化性能,采用扫描电镜(SEM)分析了涂层截面形貌及化学成分变化,探讨了抗氧化涂层的氧化过程与防护原理.试验结果表明:CoCrWSi系抗氧化涂层均匀致密,...     

高能高速等离子喷涂MCrAlY涂层的抗高温氧化性能

为提高Ni3Al基高温合金IC6的抗高温氧化性能,采用高能高速等离子喷涂设备在其表面制备了MCrAlY涂层,测试了1 000℃高温条件下经300h氧化后涂层的抗氧化性能。结果表明:300h试验后,涂层的单位面积氧化增重为5.584g/m2,氧化速率为0.019g/m2·h,达到了完全抗氧化级。分析认为:高能高速等离子喷涂工艺制备的MCrAlY涂层与基体结合紧密,孔隙、裂纹及氧化物夹杂含量少,有效的阻隔了氧气的扩散通道,使得氧化物的生长缓慢。同时在高温氧化过程中,涂层表面生成了大量的Al2O3膜,阻碍了金属原子与氧原子的扩散,降低了涂层的氧化速率。另外涂层中含有的Y及Y2O3增加了氧化膜的粘附性,对氧元素的扩散具有抑制作用。     

爆炸喷涂NiCrAlTaY涂层的微观组织分析

采用爆炸喷涂工艺在单晶镍基高温合金上制备NiCrAlTaY抗氧化防护涂层。借助XRD，SEM和EDS等技术对涂层的组织结构、表面硬度与粘结强度进行分析。结果显示：涂层由γ-Ni,γ′-Ni3Al,β-NiAl和喷涂过程中的氧化产物α－Al2O3组成。涂层呈典型的扁片层状结构，片层中存在柱状晶组织，层与层之间结合紧密，α-Al2O3夹在片层间。涂层内的孔洞残留有空气。涂层的显微硬度大，涂层／基体界面咬合紧密，结合力强。     

热喷涂高温抗氧化耐磨损涂层的研究

为研究涂层的耐磨损性能与高温抗氧化性能,制备一种低成本的NiCoCrAlYW粉末,与已经产业化的CoCrAlYTa粉末进行比较.对2种粉末进行了XRD、SEM、EDS分析,自制粉末颗粒呈块状,颗粒度为180~320目.用等离子喷涂工艺制备涂层,自制NiCoCrAlYW粉末的沉积效果比商品粉末好.对2种涂层进行了组织形貌分析、XRD物相检测及能谱分析.在高温抗氧化、DTA/TG热重差热分析实验中,2种涂层表现出良好的抗氧化性.在磨损实验中,自制粉末喷涂涂层的磨损率与商品粉末制备的涂层比较接近.在硬度检测中,CoCrAlYTa涂层显微硬度为800HV 左右,NiCoCrAlYW涂层的显微硬度低于前者,但是不影响其耐磨损性能.     

等离子喷涂NiCr合金基复合梯度润滑涂层的组织与力学性能研究

选取了具有优异的高温性能和一定的自润滑性能的高温镍基合金,作为复合涂层基体材料,润滑相则分别从高、中、低温固体润滑剂中选取了Ag、CaF2、石墨(C)、MoS2、BN为基本润滑组元;耐磨相则选用了在高温下具有良好的抗氧化性能及耐磨损性能的碳化铬(Cr3C2)硬质粒子,采用等离子喷涂技术制备了具有极佳相容性的高温润滑涂层.涂层的结合强度测定、硬度测定和扫描电镜分析均显示出涂层的梯度结构优于单层结构.梯度结构缓和了涂层内部的物理性能差异,不仅使涂层的硬度得到平缓过渡,而且使涂层的结合强度大大提高,有效改善了涂层的性能.     

电热爆炸喷涂NiAl涂层的热循环氧化行为

采用电热爆炸喷涂法在DZ125高温合金表面制备了NiAl涂层,研究了该涂层1050℃下的循环氧化行为.利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和显微硬度计对热循环后的试样进行了分析.结果表明.所制备的NiAl涂层致密、晶粒细小、与基体结合良好.涂层在1050℃热循环后其表面生成了致密的Al2O3氧化层,这层Al2O3保护膜能阻止氧向内扩散,减缓内层的氧化速率,从而起到了保护基体的作用.经热循环后,基体与涂层的硬度均有所降低.     

纳米Y2O3对氧化锆陶瓷涂层显微组织和抗高温氧化性能的影响

在ZrO2陶瓷基粉体中添加适量纳米Y2O3,采用等离子喷涂工艺制备陶瓷涂层.对涂层进行了显微组织分析、抗高温氧化试验和耐磨损性能试验,研究了添加剂Y2O3对涂层显微组织和抗高温氧化性能的影响.研究结果表明,纳米Y2O3的加入可以减少涂层中的孔隙,提高涂层的致密性,且随着纳米Y2O3加入量的增加,涂层的抗氧化能力先增强后减弱,纳米Y2O3以5%加人涂层中孔隙最少,晶粒细化,涂层致密,抗氧化性能最好.     

等离子喷涂热障涂层的高温氧化行为研究

采用等离子喷涂工艺在K38高温合金基体上分别制备了Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)和MgO稳定的ZrO2热障涂层(MSZ),利用热重分析、X-射线衍射和带能谱的扫描电镜等手段,研究分析了两种涂层在900℃和1000℃的高温氧化性能.结果表明:YSZ涂层和MSZ涂层在900℃都有较好的抗高温氧化性能:MSZ涂层在1000℃氧化时发生了相变,引起陶瓷外层开裂,影响了涂层的抗氧化性能和使用寿命,而YSZ涂层在1000℃氧化没有相变发生,表现出比MSZ涂层更佳的抗氧化性能.     

Ti-Al合金表面热喷涂铝涂层的抗高温氧化性

利用火焰热喷涂在Ti-Al合金表面喷涂铝涂层,通过金相显微镜、扫描电镜（SEM）观察及显微硬度测试等方法研究了铝涂层在850 ℃下的高温抗氧化性能。结果表明,涂层基体界面处平直,结合较好,主要为机械结合;在氧化过程中由于Al和Ti之间的相互扩散,形成了冶金结合的扩散层。高温氧化后,扩散层硬度明显提高,有涂层试样氧化速率明显低于无涂层的试样,其高温抗氧化性能好。     

喷涂距离对超音速火焰喷涂 CoCrAlYTa 涂层组织性能的影响

采用超音速火焰喷涂技术制备CoCrAlYTa涂层,研究了喷涂距离对涂层相组成、孔隙率以及硬度、弯曲强度、高温抗氧化性能的影响。结果表明:喷涂距离在200～300 mm范围内时,随着喷涂距离的减小,涂层的致密度增加,孔隙率下降,显微硬度和弯曲结合强度增加,但相组成基本不变,主要由CoAl,AlCo2Ta和CoTa3相组成;涂层致密度越高,在高温氧化过程中,表面越易尽早形成连续氧化膜并促进涂层中Al元素的选择氧化,因此随着喷涂距离的减小,涂层的高温抗氧化性能逐渐增强。     

基于Ti中间层的B4C复合陶瓷扩散连接接头界面微观组织与力学性能

碳化硼(B₄C)复合陶瓷以其高硬度、高熔点、良好的耐磨性以及吸收中子能力的特性,广泛应用于制造防弹装甲材料,原子反应堆控制以及耐磨耐高温结构材料等领域.文中采用中间层Ti箔对碳化硼复合陶瓷(B₄C-SiC-TiB₂)进行扩散连接,研究了连接温度对连接界面组织及接头力学性能的影响.结果表明,在连接温度1300 ~ 1450 ℃下成功扩散连接了B₄C-SiC-TiB₂复合陶瓷,Ti与B₄C反应生成TiB₂和TiC.随着连接温度的升高,反应层变厚,而过厚的反应层会对接头的性能造成不利影响.在连接温度1300 ℃时,反应层的平均厚度约为5 μm,此时获得较高的接头抗剪强度100 MPa;在连接温度1450 ℃时连接层基本为TiB₂和TiC陶瓷相,此时扩散连接接头可以获得较高硬度(25.4 GPa).     

等离子喷涂TiO2基涂层工艺参数优化研究

目的对TiO_2基涂层的等离子喷涂工艺参数进行优化。方法采用正交实验、基材温度采集并结合涂层微观形貌分析、能谱分析、结合强度试验、显微硬度测试等方法,研究了喷涂电流、喷涂距离、主气流量对涂层组织及性能的影响规律,并获得了优化的喷涂工艺参数。结果涂层分熔融区和部分熔融区,呈现双模结构的混合微观结构特征,截面形貌凹凸不平,并以机械结合为主。拉断后,涂层断裂面呈韧窝状,由陶瓷层到粘结层呈台阶状过渡,陶瓷层整体的内聚结合强度优于陶瓷层与粘结层结合界面的结合强度。涂层条带状夹杂随着粉末流到达基板的温度的增加而减少,对结合强度影响不显著,但对硬度影响较显著。等离子喷涂过程中,粉末流到达基板的温度在一定范围内时,涂层性能随着粉末流到达基板的温度的增加而增加,但粉末流到达基板的温度过大,涂层性能降低。结论获得最优涂层必须采用最优工艺参数,工艺参数对涂层综合性能的影响主次顺序为喷涂电流、喷涂距离、主气流量,得到的优化工艺参数为:喷涂电流350 A,喷涂距离110 mm,主气流量2100 L/h。     

微束等离子喷涂NiCrBSi涂层

采用微束等离子喷涂方法在St37低碳钢上制备了NiCrBSi涂层.研究了基材温度、等离子气体流量、喷涂距离和电流强度等工艺参数对涂层组织结构和性能的影响.采用光学显微镜观察涂层的组织结构,用Perthometers M4P 150测定涂层的表面粗糙度,以及用LECO TC316气体抽提仪检测涂层的氧含量.结果表明,在试验条件下,喷涂参数对涂层组织和性能产生较大的影响.随着电流和基材温度的增加涂层的粗糙度降低,涂层的氧含量随着基材温度和喷涂距离的增加而增加.大多数涂层的显微硬度大于600 HV0.2.尽管粒子速度较低,涂层的平均结合强度仍然大于50 MPa.     

TC4钛合金微弧氧化膜层高温氧化性能研究

利用微弧氧化(MAO)技术在TC4钛合金表面原位制备陶瓷膜层,并通过硅酸钠水溶液对膜层进行了封孔处理。采用X射线衍射仪(XRD)分析了膜层相组成,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了膜层表面形貌。通过粘结拉伸测试,比较了膜层在封孔前后与基体的结合强度。利用高温氧化实验,考察了TC4基体及膜层试样封孔前后的抗高温氧化性能。结果表明:微弧氧化膜层与基体间的结合强度较高,经封孔处理及高温氧化100 h后,膜基结合强度降低至4.29 MPa。与TC4基体相比,微弧氧化膜层的高温氧化增重量小,抗高温氧化性能得到了显著的提高。封孔处理提高了微弧氧化膜层的致密性,使其能更好地阻止氧透过膜层向基体内侵入,进一步提高了膜层的抗高温氧化性能。     

热处理工艺对超音速火焰喷涂Al-Cu-Fe准晶涂层性能影响

目的 使用超音速火焰喷涂(HVOF)方法制备Al-Cu-Fe准晶涂层,研究热处理温度对涂层中准晶相含量和性能的影响以及封孔处理对涂层耐蚀性的改善。方法 以304不锈钢为基体和真空雾化Al-Cu-Fe准晶粉末为热喷涂材料,采用超音速火焰喷涂方法制备准晶涂层,并进行550～700℃热处理。利用透射电镜、扫描电镜、光学显微镜、能谱分析仪和X射线衍射仪分析准晶粉末和涂层的衍射花样、微观形貌、成分和相结构。分别使用显微硬度仪和电化学工作站对比测量304不锈钢和准晶涂层的硬度和耐蚀性能。结果 粉末中二十面体准晶相(I相)为主相,并伴生准晶类似相(β相)。经过超音速火焰喷涂后,涂层中I相和β相的含量分别为78.7%和21.3%,相组成与原始粉末接近。550℃和600℃热处理1h后,涂层中β相消失,I相占比进一步上升,并伴随Al₂Cu(θ相)产生。随着热处理温度继续升高至650℃,β相开始重新析出;当热处理温度升至700℃,β相占比增至13.5%。热处理后准晶涂层的最高硬度为674HV,为304不锈钢硬度(182HV)的3.7倍。准晶涂层经过热处理和表面封孔后,其在3.5%NaC...     

Investigation of Deposition Behavior of Cold-Sprayed Magnesium Coating

Two types of magnesium powders with different particle size distributions were deposited by cold spraying at different main gas temperatures. The effects of gas temperature and particle size distribution on the deposition efficiency of particles were studied. The microstructure of coatings was observed, and the porosity of coatings was evaluated. The deposition efficiency of particles increased, and the porosity of coatings decreased with the increase of gas temperature. The deposition efficiency of particles increased when using the powder with a smaller particle size distribution. Stainless steel and aluminum plates were used as substrates. The bonding strength and mechanism between the coating and substrate were studied. The commercial finite element software ABAQUS was used to help us better understand the deformation behavior of particles and substrates. The mean bonding strength slightly increased when aluminum plates were used as substrates. The bonding mechanism of Mg coatings on stainless steel and aluminum substrates was discussed.     

等离子喷涂NiCoCrAlYTa-Al2O3复合涂层的高温摩擦性能

采用大气等离子喷涂(APS)技术在0Cr25Ni20奥氏体不锈钢表面制备了NiCoCrAlYTa-Al₂O₃涂层,并对该涂层的显微组织、相组成、显微硬度以及在500 ℃时涂层的高温摩擦性能进行了研究。结果表明,NiCoCrAlYTa-Al₂O₃涂层呈典型层状结构,各层间结合良好。涂层内存在大量微孔隙,且硬质相与软质相分散分布,有效抑制了高温磨擦过程中裂纹的产生和扩展,涂层耐磨性能较奥氏体不锈钢基体材料显著提高。高温磨损过程中,涂层表面形成氧化产物,起到固体润滑作用。NiCoCrAlYTa-Al₂O₃涂层的磨损失效形式主要是磨粒磨损、疲劳磨损和粘着磨损。     

NiAl/NiCoCrAlY/8YSZ复合喷涂层的微观结构与性能研究

目的提高金属/陶瓷隔热涂层体系在海洋环境下的耐腐蚀性能。方法利用冷喷涂方法制备NiAl复合打底层和Ni CoCrAlY粘结层,与等离子喷涂制备的8YSZ陶瓷层构成适用于海洋环境的多层结构耐蚀隔热涂层体系。利用FE-SEM分别观察喷涂态粘结层和陶瓷层的表面、横截面形貌,通过EDS分析涂层元素分布;利用XRD分析表征涂层的物相组成;借助万能材料试验机,采用拉伸法测试涂层结合强度;利用热循环试验和焰流冲刷试验测试涂层的耐高温性能。结果微观分析表明,冷喷涂制备的NiAl复合打底层和Ni CoCrAlY粘结层形貌致密,涂层材料未发生明显氧化,颗粒变形程度不一,粘结层与基体间的结合强度约为18.4 MPa,粘结层与8YSZ陶瓷层界面结合紧密。陶瓷层物相结构和成分稳定,涂层经12次热震循环和1000个周期的高温焰流冲击后,表面未出现开裂、起皮和脱落。结论采用冷喷涂法和等离子喷涂法联合制备的耐蚀隔热复合涂层体系具备良好的耐热性和耐腐蚀性。冷喷涂制备的金属涂层结构致密,孔隙率低,与陶瓷层结合良好,能够有效提高涂层体系在腐蚀性环境中的耐蚀性能。NiAl复合涂层可以缓解Ni CoCrAlY粘结层和铝合金基材间的热匹配问题,增强涂层的结合性能。     

Ti-6Al-2Zr-1Mo-3Nb合金微弧氧化陶瓷膜的结构与性能

利用微弧氧化技术,在Ti-6Al-2Zr-1Mo-3Nb合金表面制备陶瓷涂层。用扫描电镜和X射线衍射仪观察并分析陶瓷膜层的组织形貌和相结构,用电子万能材料试验机和数字万用表研究膜层的结合强度和绝缘性,并用MMS-1G高温高速销盘摩擦磨损试验机和YWX/Q-750盐雾试验机考察涂层的摩擦性能和耐腐蚀性能。结果表明:陶瓷层主要由金红石TiO2相和锐钛矿TiO2相构成,膜基结合强度达到30MPa以上,膜层绝缘性和耐腐蚀性良好,耐磨性得到明显改善,涂层的磨损机制表现为轻微的磨粒磨损与粘着磨损。     

温度对高速电弧喷涂Fe-Al/Cr3C2涂层的影响

采用Fe—Al／Cr3C2粉芯丝材和高速电弧喷涂技术(HVAS)原位合成了复合涂层，对不同温度下涂层的组织和性能进行了研究。结果表明，随着温度的升高，涂层的耐冲蚀性能提高，涂层的耐蚀性能变化不大，涂层的结合强度提高，并且涂层表面氧化物膜增多，涂层组织颗粒变小，涂层结合处出现冶金结合。