含有闭孔的镍基合金涂层压缩过程中的力学性能

利用等离子喷涂和重熔技术制备多孔型镍基自熔性合金涂层,采用扫描电镜、显微硬度计、材料试验机、热膨胀仪等设备对涂层的微观组织、热膨胀系数和压缩过程中的力学性能进行分析。结果表明,涂层中存在封闭孔洞,形态近似球形,直径在30-100 μm；孔隙率由0.53%上升至30.6%时,涂层材料的弹性模量下降69.5%,弹性变形范围上升68.7%；在40-220℃的范围内,多孔涂层的平均线膨胀系数随着孔隙率的增加而下降。球形闭孔的存在提升了原有材料的弹性变形范围,降低了热膨胀系数,使其可以实现低膨胀、高回弹的功能。     

多孔YSZ涂层的制备和可磨耗性

采用等离子喷涂方法在Ni718合金表面制备氧化钇稳定氧化锆（YSZ）涂层,通过在YSZ喷涂粉末中分别加入10%,30%和50%（质量分数,%）表面包覆TiO₂的聚苯酯材料,涂层平均孔隙率从原来的2.1%分别提高到12.3%,28.5%和29.7%,孔隙的平均直径从原来的4.2 μm分别变为14.4,18.5和25.4 μm.随着孔隙的增多,涂层的表面洛氏硬度下降,同时涂层在刮磨过程中的摩擦力和摩擦系数下降.当孔隙率由2.1%上升到30%左右时,涂层在刮磨过程中的磨耗质量上升3倍左右,相对应的转动销质量损失下降约50%.结果表明,孔隙率的提高使得涂层的可磨耗性上升.     

Gd2 O3 -Yb2 O3 -Y2 O3 -ZrO2 热障涂层材料的热物理性能

目的通过多元稀土氧化物掺杂改性YSZ,提高传统热障涂层的性能。方法使用化学共沉淀法制备不同掺杂量的Gd2O3-Yb2O3-Y2O3-Zr O2(GYYZO)材料,并分别使用冷等静压-烧结和等离子喷涂工艺制备块材和涂层。通过测试块材的热导率和热膨胀系数,分析评价材料的热物理性能。对高温退火处理后的涂层进行X射线衍射分析,评价不同成分涂层的高温相稳定性。结果氧化锆基材料的热导率和热膨胀系数随总掺杂量升高而降低。氧化锆中稀土氧化物总掺杂量为5.5%~9.84%(摩尔分数)时,在1000℃下的热导率为1.25~1.56 W/(m·K),相对8YSZ材料下降了22%~37.5%;在200~1300℃的热膨胀系数为(10~11.1)×10-6/K,与传统8YSZ材料相当。在1400℃长时间退火处理后,低掺杂量GYYZO涂层中的单斜相含量明显低于8YSZ涂层。结论多元稀土氧化物掺杂改性氧化锆材料具有良好的高温相稳定性、低热导率和适当的热膨胀系数,可以作为高性能热障涂层的备选材料。     

孔隙率对Mo／Cu复合材料热物理性能的影响

采用添加不同含量造孔剂并结合固相烧结方法制备出4种不同孔隙率的Mo/Cu合金试样,测试了其热膨胀系数和热导率λ.结果表明,孔隙率对Mo-Cu合金λ值影响很大.随孔隙率的增加,材料的热导率急剧下降:在一定孔隙率范围内,钼铜合金的平均热膨胀系数随孔隙率的增加而增加,当孔隙率超过一定范围后,其热膨胀系数开始出现下降趋势.对孔隙率影响Mo-Cu合金热物理性能的机制进行了分析和探讨,并对热导率的理论计算作了一定推导计算.     

折弯铝纤维多孔材料的制备与能量吸收

以φ0.15 mm的6061铝合金丝为原材料,通过弹簧机切割成折弯铝合金短纤维,利用特制圆柱形模具,采用真空热压烧结技术制备了孔隙率为60%、70%、80%的折弯铝纤维多孔材料。对折弯铝纤维多孔材料进行压缩性能测试。结果表明,压缩应力-应变曲线可分为3个阶段:初始非线性弹性变形阶段、伪平台阶段和致密化阶段。应力-应变曲线光滑,几乎未产生屈服现象。折弯铝纤维多孔材料的能量吸收值随应变的增加而增大,能量吸收效率先增大后下降;随着孔隙率的降低,多孔材料的能量吸收能力增大,能量吸收效率的峰值上升。     

Al基金属玻璃涂层孔隙特性的精确表征及对其腐蚀行为的影响规律

选用Al86Ni6Y4.5Co2La1.5铝基非晶粉体材料,采用自研的低温超音速喷涂系统,在ZM5表面制备了具备良好耐蚀性能的铝基金属玻璃涂层,分析了涂层的孔隙类型及成因,优选出X射线三维成像法测定了涂层孔隙率,表征了涂层孔隙几何特征,阐明了孔隙对涂层腐蚀行为的影响规律。结果表明,涂层主要包含宏观型、层间型、微球型和微细型四类常规孔隙缺陷;涂层孔隙率基本小于1%且沿厚度方向上变化不大,孔隙呈近球形,尺寸均小于10μm,尤以5μm左右居多;不同孔隙率的涂层均呈现出较宽的自钝化区间,自腐蚀电位较为接近,腐蚀电流密度与孔隙率正相关,大尺寸、贯穿型、边界处的个别特殊孔隙是导致涂层腐蚀失效的根本原因。     

烧结保温时间对堇青石多孔陶瓷性能的影响

采用常压烧结工艺在1450℃制备了孔隙率为40%左右的堇青石多孔陶瓷.结果发现随着烧结保温时间的延长气孔隙率基本保持不变,堇青石多孔陶瓷的晶粒逐渐长大;同时弹性模量与抗压强度均有下降的趋势,且变化趋势基本一致.烧结保温时间从2h延长到14h,对应材料的弹性模量和抗压强度分别从2.93GPa,89MPa降到2.70GPa和70MPa.随保温时间的延长,热膨胀系数随之下降;烧结保温14h材料的平均热膨胀系数(RT～1000℃)降到1.7×10-6/℃.     

等离子喷涂Gd2Zr2O7-SrZrO3复合陶瓷涂层的微观结构和性能

通过固相反应法合成了Gd2Zr2O7-SrZrO3 (GZSZ,Gd2Zr2O7:SrZrO3=7:3)复合陶瓷粉末,并采用喷雾造粒法和大气等离子喷涂法分别制备了适合等离子喷涂使用的相应喷涂粉末及涂层。使用X射线衍射、扫描电子显微镜对粉末和涂层的相组成、显微结构进行分析。借助激光热导仪、高温热膨胀仪对涂层的热扩散系数和热膨胀系数、烧结系数进行了表征。结果表明,制备的GZSZ复合陶瓷粉末和涂层都由Gd2Zr2O7和SrZrO3两相组成,粉末中的Gd2Zr2O7为烧绿石结构,而涂层中的Gd2Zr2O7为萤石结构,SrZrO3都为钙钛矿结构。制备态GZSZ涂层的孔隙率为~14%。GZSZ涂层1400℃热处理5 h后的热膨胀系数为(9.8~11.2)×10-6 K-1。制备态GZSZ涂层的热导率为~0.8 W·m-1·K-1,与制备态SrZrO3涂层的热导率~1.0 W·m-1·K-1相比降低~20%。1400℃热处理360 h后GZSZ涂层的热导率增加到~1.5 W·m-1.K-1。综上表明,GZSZ涂层是一种很有前景的复合陶瓷热障涂层材料。     

参数对超音速等离子喷涂高炉风口Cr_2O_3-TiO_2涂层性能的影响

为了研制一种致密、结合强度高的高炉风口用Cr_2O_3-TiO_2复合涂层,研究了工艺参数对超音速等离子喷涂Cr_2O_3-TiO_2涂层结合强度和孔隙率的影响。确定了涂层致密度和结合强度最佳时的工艺参数。利用图形分析软件和涂层的截面显微组织照片计算涂层的孔隙率,通过拉伸实验测定涂层的结合强度。结果表明,随着喷涂参数(喷涂距离、喷涂功率、送粉率)的增大,涂层的结合强度先上升后下降,而涂层的孔隙率呈相反趋势。喷涂距离是影响涂层的孔隙率和结合强度的最主要因素,喷涂功率稍次之,送粉率的影响力最小。参数范围在喷涂功率64～66 kW、喷涂距离98～105mm、送粉率33～36 g/min时,涂层结合强度最高,孔隙率最低。     

爆炸压涂制备纳米氧化锆涂层及其组织与性能研究

运用爆炸压涂技术在钢基体上制备了较大面积的纳米氧化锆涂层。利用扫描电镜、X射线衍射等手段研究了纳米氧化锆涂层的微观组织、孔隙率和晶粒度。结果表明,制备的纳米氧化锆涂层结构致密,涂层的孔隙率为5%;与基体结合紧密;爆炸压涂前后氧化锆成分未发生变化;涂层中的氧化锆仍然以稳定的单斜相存在,不存在立方相;涂层中的氧化锆晶粒与粉末晶粒尺寸基本一致。爆炸压涂制备的陶瓷涂层能够保持纳米粉末材料的尺寸和特性。     

孔隙率对SFN-LSGM作为SOEC阴极的性能影响

选择具有双钙钛矿结构的Sr_2Fe Nb O_6(SFN)及La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_(3-δ)(LSGM)材料混合作为固体氧化物电解池(SOEC)的阴极,在SFN-LSGM中掺杂不同比例的淀粉,经过干压成型并在1400℃下烧结后得到测试样。利用真实密度仪及阿基米德法测定了样品的孔隙率;利用热分析仪测定了不同孔隙率的样品在35~1400℃条件下的热膨胀系数,研究该材料与常用SOEC电解质材料La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ(LSGM)的热匹配性能;之后利用电化学工作站测试了该材料在纯氢气气氛下电导率与孔隙率的关系。结果表明,样品孔隙率与淀粉掺杂量成正比,孔隙率对该材料热膨胀系数影响不大,且该材料与LSGM电解池热匹配性能良好。另外,当样品孔隙率增加时,该材料在850℃纯氢气气氛下的电导率在18%孔隙率时达到最大值。     

新型MoSi_2-Al_2O_3-SiO_2系耐高温高发射涂层的热膨胀系数调控

采用料浆喷涂法在陶瓷纤维瓦表面制备了一种新型MoSi2-Al2O3-SiO_2耐高温高发射涂层,通过控制Al2O3-SiO_2体系中SiO_2含量,对涂层热膨胀系数进行调控;通过高温灼烧实验考察涂层的耐高温性能。使用XRD、SEM和热膨胀系数测试仪对涂层物相组成、微观形貌和热膨胀系数进行表征。结果表明,本实验所制备的MoSi2-Al2O3-SiO_2涂层主要由MoSi_2、少量MoSi_2氧化产物、方石英晶相以及硅铝玻璃相构成,涂层表面致密、平整并且与多孔陶瓷纤维基体形成了紧密的结合;经过1500℃,1 h高温热处理后,涂层宏观和微观结构均没有发生明显变化;涂层的热膨胀系数可通过Al2O3-SiO_2体系中SiO_2的含量在一定范围内进行调节,当SiO_2含量由70%增加到85%(质量分数)时,涂层热膨胀系数由4.49×10~(-6) K~(-1)降低至3.45×10~(-6) K~(-1)。     

烧结温度对热障涂层组织及性能的影响

因为热障涂层高温使用过程中不可避免会发生烧结现象,易引起涂层的失效。本文采用了等离子喷涂设备制备YSZ涂层,并对其分别在1000、1100、1200和1300℃下进行保温不同时间的高温烧结试验,研究其高温烧结过程中的微观结构及力学性能的变化规律。结果表明:高温烧结后涂层断面的抛光组织未见明显变化。涂层孔隙率呈整体下降趋势,在长时间烧结后,基本稳定在12%~14%范围中;涂层弹性模量和显微硬度在初期(0~50 h)的增长速率远高于后续烧结过程;且烧结温度越高,涂层硬度和弹性模量增长幅度越大,且快速增长阶段越短。     

氧化铝增强镍基合金涂层的组织与耐冲蚀磨损性能研究

采用等离子喷涂(APS)方法制备了用Ni包Al作为过渡层材料,球磨法混合G112和不同含量的Al2O3粉末作为面层材料的金属-陶瓷涂层。用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对涂层显微组织和相结构进行了分析,用图像分析系统测试了涂层孔隙率,并对涂层在冲蚀磨损试验机上以30°、60°和90°冲蚀角进行了冲蚀磨损试验。结果表明,随Al2O3含量增加涂层的耐冲蚀磨损性能先上升后下降,18%wt.AlO时耐冲蚀性能最好,其升降规律与冲蚀角度无关而与孔隙率密切相关。     

TiO2掺杂SmTaO4陶瓷热物理性能研究

热障涂层是燃气轮机高温部件保护的重要材料之一,SmTaO4陶瓷具有优异的高温相稳定性和力学性能,有望成为新型热障涂层材料。本研究采用固相法制备TiO2掺杂SmTaO4陶瓷,研究结果表明：掺杂TiO2未改变SmTaO4陶瓷晶体结构,样品均为单斜相,掺杂2% mol TiO2的SmTaO4陶瓷烧结过程中出现的第二相为Sm0.33TaO3;随着TiO2含量增加,SmTaO4陶瓷的热导率先下降后上升,当TiO2掺杂含量为2%时,热导率最低为1.42W?m?1?K?1,低于SmTaO4（1.59W?m-1?K-1,900℃）,与7-8YSZ相比（2.1~2.7 W?m?1?K?1,100~900℃）下降了近30%。掺杂2%TiO2的SmTaO4陶瓷热膨胀性系数最大值为10.8×10-6K-1,大于YSZ（~10.0×10-6K-1）和SmTaO4（9.62×10-6K-1,1200℃）,与纯SmTaO4相比,TiO2掺杂提高了SmTaO4陶瓷的热膨胀系数。因此,TiO2掺杂SmTaO4陶瓷有望作为新型热障涂层材料使用。     

热喷涂Fe基非晶涂层耐腐蚀性与孔隙率研究进展

热喷涂Fe基非晶合金涂层的综合性能优异,特别是在耐磨、耐腐蚀方面具有传统晶体材料无可比拟的优势,因而广泛应用于材料表面的防护领域。然而热喷涂涂层为典型的层状结构,涂层内部会存在一定量的孔隙,致使涂层耐腐蚀性能下降。首先介绍了热喷涂Fe基非晶涂层的腐蚀机理及其影响因素,总结了热喷涂涂层孔隙产生的机制、分类和影响因素。接着重点介绍了孔隙与热喷涂Fe基非晶涂层耐腐蚀性之间关系的研究进展。最后,通过对热喷涂涂层的形成过程与孔隙形成机理进行分析,粒子铺展变形能力差是显著影响涂层形成时粒子相互嵌套叠加和变形能力的主要原因。所以,Fe基非晶涂层可以从改变喷涂粉末成分和粒度、第二项粒子加入及喷涂工艺参数优化等措施,来改善粒子铺展变形能力,提高致密度。采用激光快速表面重熔技术对涂层微表层进行快速重熔处理,同样可以达到降低涂层孔隙率、提高涂层耐腐蚀性的目的。     

冷喷涂制备多孔Ta涂层及生物相容性

目的 提高生物医用钛合金的生物相容性。方法 采用冷喷涂技术在其表面制备了内部多孔且表面粗糙的钽涂层,并对涂层的微观组织、弹性模量、表面粗糙度、孔隙率、相组成等进行表征;通过溶血率实验、动态凝血时间实验、血小板黏附实验和细胞增殖实验等评价其血液相容性。结果 涂层表面粗糙度为24.9μm,孔隙率为12.6%,弹性模量为147 GPa。喷涂后涂层相组成为Ta,涂层与基体的结合强度为24 MPa。TC4钛合金基体和钽涂层2种材料均具有优异的红细胞相容性且2种材料表面的动态凝血程度相似,表明在TC4钛合金表面制备钽涂层后,钽涂层不会影响凝血因子的活性。钽涂层具有更好的防止血小板黏附与变形的性能。在细胞增殖实验中,细胞在钽涂层表面的增殖能力略高于TC4钛合金。结论 多孔钽涂层的弹性模量相对钽块降低了22%。其生物活性高于TC4钛合金基体。     

TiB2—阴极涂层性能的研究

本文采用TiB_2,碳素材料和粘结剂A制备了TiB_2-阴极涂层,然后测试了涂层的润湿性、热膨胀系数,导电性和溶解损失速度。结果表明,铝在TiB_2涂层上的润湿角随TiB_2含量的增加而呈减小的趋势,当涂层中TiB_2含量为27％时,润湿角为O,而铝在石墨上的润湿角为150。TiB_2-阴极涂层的热膨胀系数与碳阴极的热膨胀系数相差不大,前者为4.8×10~(-6)/℃,后者为3.6×10~(-6)/℃。TiB_2-阴极涂层的电阻率随着TiB_2含量的增加虽增加的趋势,当涂层中TiB_2含量为30％时,在900℃时涂层的电阻率为53.4Ωmm~2/m。通过分析铝液中钛的浓度可知TiB_2的溶解损失速度较慢,适合于工业生产。     

可计及温度与层状结构影响的超高温陶瓷基复合材料涂层残余热应力理论表征模型

目的创建可计及温度与层状结构共同影响的超高温陶瓷基复合材料涂层与基体层因热不匹配导致的残余热应力的理论表征模型。方法基于经典的层合板理论与超高温陶瓷基复合材料热物理性能参数对温度的敏感性研究,引入温度和层状结构对涂层与基体层所受残余热应力的影响,形成各层残余热应力温度相关性的理论表征方法,并以ZrB_2-SiC复合材料涂层为例,利用该理论方法系统地研究了各种控制机制对残余热应力的影响及其随温度的演化规律。结果超高温陶瓷基复合材料涂层与基体层所受的残余热应力随着温度的变化而变化,涂层热膨胀系数与基体层热膨胀系数差别越大,变化幅度越大。当涂层材料热膨胀系数大于基体层材料热膨胀系数时,涂层材料遭受残余拉应力,基体层材料遭受残余压应力;随着涂层厚度的增加,涂层所受拉应力减小,而基体层所受压应力增大;当涂层材料热膨胀系数小于基体层材料热膨胀系数时,涂层材料遭受残余压应力,基体层材料遭受残余拉应力;随着涂层厚度的增加,涂层所受压应力减小,而基体层所受拉应力增大。低温下,各层所受残余热应力对层厚与每层材料组成的变化比较敏感,随着温度的升高,敏感性降低。结论对于涂层材料,应设计涂层材料的热膨胀系数小于基体层材料的热膨胀系数,使涂层遭受残余压应力,这不仅能够降低材料表面产生裂纹的危险,同时可以抑制表面已有缺陷的扩展。同时应当设计相对较小的涂层厚度,以增大涂层所受的残余压应力,降低基体层所受的残余拉应力,有效提高整体材料在不同温度下的强度性能。     

生物医用多孔Ti-6Mo合金选择性激光烧结的结构特征和力学行为

采用选择性激光烧结金属元素Ti、Mo和粘结剂的混合粉末,制备了多孔Ti-6Mo合金,并研究了其结构特征和力学性能。结果表明,多孔Ti-6Mo合金的孔隙结构与烧结工艺有关,随着烧结温度从1000℃升高到1200℃,孔隙由三维连通孔变为相互孤立孔,孔隙率从58%下降到24%,孔径从112μm减小到43μm;多孔Ti-6Mo合金在室温为片层组织,均由大量α相和少数β相构成,并伴有微量α析出物;压缩应力-应变曲线表现为弹性变形、塑性屈服和断裂区三阶段,随着孔隙率降低,弹性模量和屈服强度分别在2.07~11.9 GPa和31.4~152.8 MPa增大,且相对弹性模量和相对屈服强度和相对密度之间遵循幂律关系。多孔Ti-6Mo合金的孔隙特征和力学性能均可满足自然骨要求,是一种可行的医用材料。