激光喷丸强化CoCrAlY防护涂层 抗高温氧化性能研究

利用大气等离子喷涂(Air Plasma Spraying,APS)技术在镍基高温合金表面制备CoCrAlY涂层,在此基础上采用电子束真空蒸镀(Electric Beam Vacuum Deposition,EBVD)技术在涂层表面进一步沉积铝膜,以提高涂层表面Al元素含量。采用激光喷丸(Laser Peening,LP)技术分别对以上两种涂层进行强化处理。采用X射线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)和扫描电子显微镜(Scanning Election Microscope,SEM)对比分析LP冲击前后CoCrAlY涂层表面相结构、微观形貌及成分变化。微观结构分析表明,LP处理后APS-CoCrAlY涂层表面粗糙度降低,组织致密性增加;镀铝CoCrAlY涂层经LP处理后,表面Al含量明显增加,β-CoAl相含量提高,且涂层表面晶粒得到细化。1050 ℃抗高温氧化实验结果表明,LP处理涂层表面形成的氧化膜较原始涂层更加平整、致密,且氧化膜厚度明显变薄;此外,镀铝CoCrAlY涂层经LP处理后的抗高温氧化性能最优。     

反应溅射氧化铝薄膜对CoCrAlY涂层抗高温氧化性能的影响

研究了反应溅射氧化铝薄膜对CO-30Cr-6Al-0.5Y涂层抗高温氧化性能的影响。结果表明,3.5μm厚的Al_2O_3薄膜可大大改善CoCrAlY涂层抗1000～1100℃的氧化性能。在1000℃下,C0-30Cr-6Al-0.5Y涂层表面可以形成保护性良好的Al_2O_3膜,在此情况下,反应溅射Al_2O_3膜可大幅度降低CoCrAlY涂层的氧化速率,在1100℃,CoCrAlY涂层己不能形成单一具有保护性的Al_2O_3膜,而预先沉积氧化铝薄膜的COCrAlY涂层表面的氧化物主要由α-Al_2O_     

复合喷丸强化对EB-PVD制备CoCrAlY涂层高温氧化性能的影响

为了研究复合型的高能喷丸工艺对EB-PVD制备的CoCrAlY涂层的高温氧化性能,采用0.3N、0.3N+0.1N和0.3 N+0.2 N的喷丸强度对CoCrAlY涂层进行了表面强化。观察了喷丸强化前后涂层的表面形貌;测量了喷丸前后涂层的表面粗糙度、表面残余应力、涂层的厚度和截面硬度;对比分析了喷丸前后涂层物相变化以及涂层高温氧化性能。结果表明:复合喷丸强化比普通高能喷丸强化对EB-PVD制备的CoCrAlY涂层的抗高温氧化性能提升更加明显,0.3N+0.1N的复合喷丸工艺对提升涂层的高温抗氧化性能最好。相较普通喷丸工艺,复合喷丸工艺更能明显降低EB-PVD制备的CoCrAlY涂层表面粗糙度,提高涂层的致密度,改善物相结构,进而提升涂层的抗高温氧化性能。喷丸强度大于等于0.3 N时,CoCrAlY涂层表面出现鳞状突出物,导致氧化物在此处择优生长,生成的氧化膜中的应力在此处集中而发生破裂,降低涂层的使用寿命,但复合喷丸能消除该鳞状突出物。     

外加电场对EB-PVD热障涂层高温氧化行为影响

根据YSZ在高温下是氧离子导体的电化学特性,对EB-PVD制备的双层结构YSZ/MCrAlY热障涂层试样进行外加直流电场作用下的高温氧化实验,利用SEM、EDS观察分析了外加电场条件下YSZ/MCrAlY界面热生长氧化物TGO结构形貌和成分。结果表明,在20V直流电场作用下经过1050℃,80h高温氧化后,与电源正极连接一侧热障涂层试样表面平整,TGO致密,与YSZ结合较好,而与电源负极连接一侧的涂层出现鼓起失效,涂层产生严重内氧化。外电场控制氧离子从YSZ表面向YSZ/MCrAlY界面扩散,改变YSZ/MCrAlY界面氧分压和氧空位浓度,对热障涂层高温氧化行为和失效产生影响。     

TiAl合金表面EB-PVD制备热障涂层及高温抗氧化性能

利用EB-PVD技术在Ti Al合金表面制备了扩散铝/YSZ热障涂层。采用SEM、EDS和XRD分析了涂层原始及高温氧化后的微观组织及相组成,并测试了高温氧化性能。结果表明:涂层表面YSZ层为致密柱状晶结构,由非平衡四方相t′-ZrO_2组成。Ti Al合金沉积了扩散铝/YSZ热障涂层后高温氧化性能显著提高,氧化动力学曲线呈对数变化规律,900℃高温氧化时,氧化速率为2.2×10~(-5) mg/cm~2·h。1000℃高温氧化时,氧化速率为1.14×10~(-3) mg/cm~2·h。在高温氧化过程中,粘结层与基体之间发生元素扩散,膜基界面消失。在面层与中间粘结层之间形成了均匀连续的热生长氧化物层TGO。     

溅射CoCrAlY涂层中缺陷对其性能的影响

研究了溅射Co-30Cr-6Al-0.5Y涂层中缺陷对涂层抗高温氧化,热腐蚀及热疲劳性能的影响。结果表明:在氧化条件下,缺陷导致Al的内氧化,在1100℃时,由于Al的大量内消耗,涂层表面已不能形成单一的氧化铝膜,使氧化性能下降;在热腐蚀条件下,缺陷成为硫向涂层中扩散的通道,导致涂层及基体的硫化;在冷热疲劳条件下,缺陷成为裂纹源,在交变应力作用下,裂纹向基体中扩展,降低了涂层的热疲劳性能。     

HCPEB作用下镀铝CoCrAlY涂层的高温氧化行为

使用大气等离子喷涂在镍基高温合金表面制备CoCrAlY粘结层并蒸镀一定厚度的纳米铝膜,利用强流脉冲电子束辐照镀铝涂层表面. 采用高温氧化试验,观察并分析涂层的高温氧化行为. XRD结果表明,强流脉冲电子束辐照镀铝涂层表层快速氧化生成大量Al2O3;100 h氧化后,表层氧化物成分较为稳定,基本保持Al2O3较多. 尖晶石类氧化物较少的状态. 表面形貌分析结果表明,经过强流脉冲电子束辐照镀铝涂层在高温环境下能够保持表层的致密和完整,缺陷很少. 涂层表层含有大量均匀且较为致密的Al2O3能够有效抵御外界环境的进一步氧化,有较好的的抗高温氧化性能.     

EB-PVD热障涂层热循环性能评价方法研究

制备8批次EB-PVD双层结构热障涂层试样,采用循环加热快速冷却实验装置模拟热障涂层服役环境,开展了热障涂层试样在不同热循环保温时间条件下的热循环性能评价实验,采用指数下降的数学模型对热循环实验数据进行拟合分析,获得了表征热障涂层试样静态氧化性能和热疲劳性能的物理量.结果表明,在本实验工艺条件下制备的不同批次热障涂层试样的静态氧化性能和热疲劳性能具有不同的匹配关系,热障涂层试样静态氧化性能总体估计值为(677±194)h,热疲劳性能总体估计值为(6789±1818)次.     

EB-PVD热障涂层热循环性能评价方法研究

制备8批次EB-PVD双层结构热障涂层试样,采用循环加热快速冷却实验装置模拟热障涂层服役环境,开展了热障涂层试样在不同热循环保温时间条件下的热循环性能评价实验,采用指数下降的数学模型对热循环实验数据进行拟合分析,获得了表征热障涂层试样静态氧化性能和热疲劳性能的物理量。结果表明,在本实验工艺条件下制备的不同批次热障涂层试样的静态氧化性能和热疲劳性能具有不同的匹配关系,热障涂层试样静态氧化性能总体估计值为(677±194)h,热疲劳性能总体估计值为(6789±1818)次。     

Effect of surface condition during pre-oxidation treatment on isothermal oxidation behavior of MCrAlY bond coat prepared by EB-PVD

NiCoCrAlY bond coat was deposited on Ni-based superalloy by means of EB-PVD method. Surface treatment by means of polishing and shot-peening methods were used in order to study the effect of surface conditions on the bond coat performance at 1100 °C. Oxidation resistance was found to be strongly affected by surface modification during pre-oxidation treatment.     

喷丸对马氏体耐热钢高温蒸汽氧化行为的影响

利用高温蒸汽氧化试验装置对比研究P92、G115钢以及喷丸的G115钢的高温蒸汽氧化行为,结果表明,这3个试样的650℃蒸汽氧化动力学曲线符合ΔW=ktn规律.相同蒸汽氧化时间下G115钢的氧化质量增加远小于P92钢,主要是因为G115钢中富Cr层的形成和富Cu相在氧化层界面的析出.经喷丸处理的G115钢氧化质量增加小...     

喷丸处理对不锈钢表面影响的研究

从喷丸强化方法对不锈钢表面硬度、磁性能、残余应力等方面进行了剖析,并综述了喷丸参数对不锈钢材料性能的影响,揭示喷丸强化机制,分析了喷丸对不锈钢残余应力的影响。详细介绍了材料属性与硬度的关系,以及喷丸时间、丸料大小等因素对不锈钢表面性能的影响,并展望了喷丸在不锈钢表面处理的发展方向。     

喷丸强化316L不锈钢表面的摩擦磨损性能杨诗婷

采用金属材料表面纳米化试验机对316L不锈钢进行了喷丸强化处理,采用激光共聚焦显微镜观察了不同喷丸条件下材料表面的三维形貌,测量了材料表面的粗糙度;采用洛氏硬度计测量了喷丸强化后材料表面的硬度;采用材料表面性能综合测试仪测试了材料的摩擦性能;采用扫描电子显微镜观察了磨痕的表面磨损形貌。结果表明：对于机械抛光表面,弹丸直径越大,喷丸强化后材料表面粗糙度和摩擦因数越小,硬度越大;喷丸时间增加到30min,振动频率增加到50Hz时材料表面粗糙度明显减小;弹丸直径越大,喷丸时间和振动频率对摩擦因数的影响越大;喷丸时间和振动频率越大,耐磨性越强,磨粒粒径越小且越均匀。     

高能喷丸参数对304不锈钢表面性能的影响

采用气动喷丸方式,研究喷丸压力和喷丸时间等工艺参数对304不锈钢表面性能的影响。用X射线衍射方法检测了试样表层的晶粒尺寸和相组成,用显微硬度计测量了试样表层的显微硬度。结果表明,304不锈钢板经高能喷丸处理后,表层晶粒明显细化,达到纳米级,喷丸压力越大,晶粒越小;表层组织发生了应变诱导马氏体相变。随着喷丸压力增加,马氏体相逐渐增多,奥氏体相减少;喷丸处理后表层硬度显著提高,显微硬度值是未处理试样的2倍多;在5～15 min范围内,喷丸时间对试样表面性能影响不大。通过对弹丸粒子的运动分析,得到喷丸的能量主要与喷丸压力,弹丸密度、直径以及喷丸距离等参数有关,随着弹丸动能增大,表层晶粒逐渐减小,晶格畸变增加。     

TA15钛合金喷丸强化

为研究喷丸工艺对钛合金材料的强化效果,对TA15钛合金进行喷丸强化实验,并分别在手持式粗糙度仪和液压伺服疲劳试验机上测试了材料强化后的疲劳寿命及表面粗糙度。研究发现,喷丸强化能提高TA15钛合金的疲劳寿命,在弹丸S280、喷丸强度0.15mmA～0.2mmA条件下,可获得相对最好的疲劳性能。强化后的试样表面粗糙度与疲劳寿命的关系表明,较好的表面粗糙度可以获得较高的疲劳寿命,说明表面粗糙度是影响TA15钛合金材料疲劳寿命的因素之一。研究结果对TA15钛合金材料的喷丸强化工艺设计,具有指导作用。     

大型机翼整体壁板喷丸延展量数值模拟

分析了大型机翼整体壁板在喷丸成形及强化过程中产生延展变形的机理,并介绍了几种喷丸成形数值模拟的方法;对于弹丸不重叠排布的情况,采用长方形和三角形两种喷丸覆盖率计算模型,对于弹丸随机排布发生重叠的情况下,采用Avrami覆盖率计算模型,通过多弹丸撞击长方体胞元的有限元模拟方法,得到弹丸撞击后靶材的表层诱导应力场的分布规律;进而采用直接应力法建立了预测喷丸成形及强化延展变形的有限元模拟方法,通过试板喷丸成形参数和试板弯曲及延展的变形规律的试验,验证了其有效性,进而将其应用于C919机翼下前整体壁板板坯延展量的模拟,取得了与试验吻合较好的结果。     

Effect of controlled shot peening and laser shock peening on the fatigue performance of 2024-T351 aluminum alloy

The influence of shot peening, laser shock peening, and dual (shot and laser peening) treatment on the fatigue behavior of 2024-T351 was investigated. Tests showed a fatigue life improvement in all three cases with laser shock peening and dual treatment displaying fatigue performance superior to shot peening. Fractographic analysis showed that the relatively poor performance of the shot peening is caused by ductility loss.