等离子喷涂梯度热障涂层的抗热震性能

对比研究了等离子喷涂梯度热障涂层与双层热障涂层,试验中梯度热障涂层选用不同比例的NiCoCrAlY与ZrO₂-8%Y₂O₃复合粉末作为梯度过渡层材料,并对两种结构的热障涂层进行了抗热震性能试验。抗热震试验结果表明,梯度热障涂层的抗热震寿命明显高于双层热障涂层的抗热震寿命。     

柠檬酸法制备热障涂层用La2Ce2O7粉体

以ZrO(NO3)2·2H2O、Ce(NO3)·6H2O和La2O3为原料,采用柠檬酸法制备了La2Ce2O7粉体,研究了pH值、乙二醇及柠檬酸用量、煅烧温度等工艺参数对La2Ce2O7粉体的影响。结果表明,采用该方法能够制备纯净的La2Ce2O7粉体,最佳实验条件是pH值为5,乙二醇、柠檬酸与金属离子的摩尔比分别是1.8和2,煅烧温度为400℃。     

有关因素对热障涂层抗热震性能的影响

等离子喷涂热障涂层，对研制新型航空发动机具有重要意义。喷涂热障除层的关键，是如何提高涂层的抗热震性能。本文介绍了涂层结构、基体温度、涂层气孔率、不同粘结底层等因素，对涂层抗热震性能的影响。并简要介绍了涂层的抗高温氧化、抗热盐腐蚀性能及涂层的隔热效果。     

耐热钢表面等离子喷涂NiCrAlY＋(ZrO2＋Y2O3)热障涂层性能研究

利用等离子喷涂法在耐热钢1Cr18Ni9Ti基体表面喷涂NiCrAlY＋（ZrO2＋Y2O3）陶瓷热障涂层，并进行高温隔热性能试验，用XRD、SEM检测了试样的金相组织、结构及形貌，结果表明，陶瓷热障涂层与1Cr18Ni9Ti基体结合紧密；表面陶瓷层经高温氧化后处理后其硬度显著增高；进行850℃高温隔热性能试验，1Cr18Ni9Ti表面热障涂层隔热能力显著提高，达75℃。     

等离子喷涂ZrO2热障涂层的抗热震性能研究

采用等离子喷涂方法在304不锈钢表面喷涂NiCoCrAIY2O3+(ZrO2+7%Y2O3)陶瓷热障涂层,模拟航空发动机涡轮叶片工作环境,研究涂层在加热和空气冷却条件下的抗热震性能.结果表明:喷涂后的涂层内部产生大量微观裂纹,随着热震次数的增加,陶瓷层内部的纵向微观裂纹通过大孔隙的连通方式逐渐在涂层内部扩展.ZrO2陶瓷喷涂后涂层主要以四方相和部分立方相组成,当涂层在热震40次时,陶瓷中的部分四方相向单斜相转变,并伴随着体积的变化,易在涂层中形成新的裂纹并加快原有裂纹的扩展.     

等离子喷涂纳米热障涂层热震性能

采用等离子喷涂工艺制备常规和纳米结构ZrO2-7%Y2O3热障涂层,比较两种涂层在850℃下的热震性能,并探讨其热震失效机理。结果表明,不管是首次出现宏观裂纹(局部剥落)还是达到热震失效,纳米结构热障涂层的热震次数都明显高于相应的常规涂层。相对于常规涂层,纳米结构涂层有较好的抗热震性能。等离子喷涂常规热障涂层的热震失效形式为大面积整体剥落,而纳米结构热障涂层热震失效形式为边角局部剥落。     

La2(Zr0.7Ce0.3)2O7固相合成行为及热物理性能

采用固相合成制备了热障涂层陶瓷材料La2(Zr0.7Ce0.3)2O7(LZ7C3)。通过差热分析、X射线衍射等分析方法对固相合成行为影响因素进行研究,并用激光脉冲法和高温膨胀仪测试了LZ7C3粉末的热扩散系数和热膨胀系数。结果表明:完全合成LZ7C3的温度至少1400℃,煅烧时间至少5 h,反应粉末的粒度为0.82μm时,合成的LZ7C3粉末X射线衍射图谱没有La2 O3残留峰,其La∶Zr∶Ce为50.09∶35.12∶14.79,非常接近理论原子比例10∶7∶3;LZ7C3的热导率在1200℃时为0.79 W.m-1.K-1,热膨胀系数在1200℃时为11.6×10-6K-1,从室温到1200℃的加热过程中没有失重和相变发生,具有较高的相稳定性。     

CeO2添加剂对等离子喷涂ZrO2涂层抗热震性的影响

采用SEM,EPMA和热震方法,研究了CeO2添加剂对等离子喷涂ZrO2i涂层抗热震性能的影响。结果表明：当CeO2由0增加到9.0%（质量分数,下同）时,涂层的抗热震起裂次数和失效次数分别由32次和46次增加到76次和105次;继续增加CeO2,涂层的抗热震性能急剧下降。ZrO2 9.0?O2涂层在热循环中形成的网状微裂纹,不仅可降低涂层中的应力,也可提高涂层开裂的临界温差,从而可改善其抗热震性能。     

等离子喷涂超高温热障涂层用纳米结构La2(Zr0.75Ce0.25)2O7球形喂料的研究

目的通过纳米粉体造粒技术制备出适合热喷涂超高温用纳米结构La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7球形喂料,进而采用热喷涂方法制备出纳米结构的热障涂层,以满足下一代热障涂层服役温度需求。方法以化学共沉淀法合成的纳米La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7粉末为原料,通过球磨、喷雾干燥及热处理工艺制备出纳米结构的La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7喂料,进而采用大气等离子喷涂方法制备出纳米结构La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7热障涂层。利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对原始纳米粉体、纳米喂料及喷涂态涂层进行显微形貌和组织结构分析。此外,通过电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)对制备的纳米喂料进行成分分析。结果制备出的纳米结构La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7喂料表面光滑、呈球形,成分与化学计量比基本一致。相对于原始纳米粉末,喂料晶粒长大并不显著。喷涂态涂层部分晶粒长大,但仍保留纳米结构。结论成功制备出纳米结构La2(Zr(0.75)Ce(0.25))2O7球形喂料及纳米结构热障涂层,有望作为下一代超高温热障涂层材料。     

等离子喷涂YPSZ陶瓷梯度涂层的组织与抗热震性能

利用等离子喷涂工艺在汽车铝活塞表面制备了氧化钇部分稳定的氧化锆(YPSZ)陶瓷梯度涂层,用电子扫描显微镜、金相显微镜等手段对涂层从组织形貌、物相、显微硬度和热震性能进行了分析.结果表明:基体与涂层结合紧密;涂层在冷却过程中发生了t-ZrO2→m-ZrO2的相变过程;涂层的热震性能良好,可满足活塞的使用要求.     

Novel thermal barrier coatings based on La2(Zr0.7Ce0.3)2O7/8YSZ double-ceramic-layer systems deposited by electron beam physical vapor deposition

Double-ceramic-layer (DCL) thermal barrier coatings (TBCs) of La₂(Zr_0.7Ce_0.3)₂O₇ (LZ7C3) and yttria stabilized zirconia (YSZ) were deposited by electron beam-physical vapor deposition (EB-PVD). The thermal cycling test at 1373 K in an air furnace indicates the DCL coating has a much longer lifetime than the single layer LZ7C3 coating, and even longer than that of the single layer YSZ coating. The superior sintering-resistance of LZ7C3 coating, the similar thermal expansion behaviors of YSZ interlayer with LZ7C3 coating and thermally grown oxide (TGO) layer, and the unique growth modes of columns within DCL coating are all very helpful to the prolongation of thermal cycling life of DCL coating. The failure of DCL coating is mainly a result of the reduction-oxidation of cerium oxide, the crack initiation, propagation and extension, the abnormal oxidation of bond coat, the degradation of t′-phase in YSZ coating and the outward diffusion of Cr alloying element into LZ7C3 coating.     

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。     

Thermal cycle behavior of plasma sprayed La2O3, Y2O3 stabilized ZrO2 coatings

The effects of La₂O₃ addition on thermal conductivity, phase stability and thermal cycle life of Y₂O₃ stabilized ZrO₂ plasma sprayed coatings were investigated. Although low thermal conductivity as well as high resistance to sintering was achieved by La₂O₃ addition, it tended to also result in lower phase stability and thermal cycle life of the coatings. Optimization of the composition and structure of the coatings improved these properties, and the optimized coatings showed prolonged thermal cycle life.     

封孔处理等离子喷涂Cr2O3涂层耐蚀性的电化学表征

用等离子喷涂工艺在Q235钢基体上制备Cr₂O₃陶瓷涂层,并采用磷酸铝和环氧树脂对其进行封孔处理。利用图像分析法和电化学方法对封孔前后涂层的孔隙率进行了测试,采用弱极化技术和电化学阻抗谱技术对封孔前后涂层的耐蚀性能进行了研究。结果表明,封孔处理提高了涂层的耐蚀性能,环氧树脂封孔涂层的耐蚀性能更优异;陶瓷涂层在腐蚀介质中耐蚀性能主要取决于涂层的孔隙率。     

玻璃沉积物对La2Ce2O7/YSZ涂层高温下热冲击性能的影响

目的 为了探究玻璃沉积物CMAS(CaO-MgO-Al2O3-SiO2)对新型结构热障涂层在1250 ℃下的热冲击寿命的影响,揭示热障涂层的失效行为。方法 通过火焰喷涂技术将制备的CMAS粉体均匀地沉积到铈酸镧/氧化钇部分稳定二氧化锆双陶瓷层热障涂层(LC/YSZ DCL-TBCs)和梯度热障涂层(LC/YSZ FGM-TBCs)的表面,于1250 ℃热冲击实验中进行涂层样品的抗热冲击性能及失效机理研究。利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)追踪CMAS的位置,观察CMAS与涂层反应层的厚度与形貌。采用X射线衍射仪(XRD)测试反应层产物,并总结其失效方式。结果 高温热冲击结果显示梯度涂层的热冲击寿命(435次)远高于双陶瓷层热障涂层的寿命(229次),约为铈酸镧/氧化锆双陶瓷层热障涂层寿命的1.9倍。铈酸镧层与梯度层都能在一定程度上阻碍CMAS渗入涂层内部,提高其CMAS腐蚀条件下的热冲击寿命。双陶瓷层热障涂层与梯度热障涂层的失效均是以层状剥落为主,剥落层主要是CMAS与LC的反应层以及反应层下的烧结层,反应层是由Ca2(LaxCe1-x)8(SiO4)6O6-4x、萤石相和MgAl2O4等难熔氧化物组成,这层致密氧化物类似于密封层,能阻止CMAS继续渗入。结论 功能梯度结构具有比双陶瓷层结构更优异的抗CMAS热冲击性能和更好的应力耐受性。     

Fe基非晶/纳米晶涂层的微结构及其在H2O2溶液中的腐蚀性能

为研究强氧化环境中,显微结构和相组成对Fe基非晶/纳米晶复合涂层的腐蚀腐蚀性能的影响,采用大气等离子喷涂(APS)技术,在1Cr18Ni9Ti不锈钢基体上喷涂制得具有不同微结构和相组成的Fe基非晶/纳米晶的复合涂层。采用XRD、SEM、TEM和DSC等检测方法对涂层的组织和相组成、晶化行为、晶化程度、内部的孔隙等微观结构进行表征。采用电化学法研究具有不同微结构和相组成的涂层在30%H₂O₂ (质量分数,下同)溶液中的腐蚀行为,探讨Fe基非晶/纳米晶复合涂层在强氧化环境中的腐蚀机理。研究表明,Mo₃Si和Fe₅Si₃相的形成使得涂层耐腐蚀性能明显降低。     

(Gd0.8Ca0.2)2Ce2O6.6陶瓷的制备及热导率

以Gd2O3、CeO2和CaO为原料,采用固相反应法制备(Gd0.8Ca0.2)2Ce2O6.6陶瓷材料。用X射线衍射(XRD)技术和扫描电镜(SEM)研究样品的相组成和微观组织,用激光脉冲法测试样品的热扩散系数。结果表明,所制备的样品具有单一的萤石结构,组织致密且晶界清晰,其在800℃的热导率仅为YSZ陶瓷的89%,较低热导率表明该材料有潜力用作新型热障涂层用陶瓷材料。     

含等离子喷涂ZrO2热障涂层的Ti3XC2(X=Al,Si)性能研究

在1450℃真空下保温1.5 h进行热压反应烧结制备了纯度为90％以上的Ti3AlC2和Ti3SiC2层状结构陶瓷,研究了它们的物相组成、微观结构、力学性能及热物理特性,并在2种陶瓷基体上进行了无金属粘结过渡层等离子喷涂ZrO2热障涂层处理,考察了涂层的结合强度与热冲击特性.结果表明,Ti3AlC2和Ti3SiC2基体...     

溶液等离子喷涂铈酸镧热障涂层的制备及表征

采用溶液前驱体等离子喷涂(solution precursor plasma spray,SPPS)方法制备了La2Ce2O7涂层。通过SEM、XRD、EDS、激光导热仪对制备的涂层进行了表征,应用STA-FTIR-QMS联用技术对La2Ce2O7干燥前驱体的分解过程进行了研究,分析了前驱体的分解温度及分解过程,从而确定了喷涂温度为450℃。通过正交实验确定了雾化压力0.1MPa、电流700A、送液速率23 mL/min为最佳喷涂工艺参数,用此参数喷涂20遍制备的La2Ce2O7涂层厚度达到121μm,相对密度为92.4%,硬度为2.1 GPa。结果表明,得到了热导率较低、元素分布均匀、具有萤石结构的La2Ce2O7热障涂层。