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。     

等离子喷涂热障涂层相结构的研究

研究了等离子喷涂两层热障涂层在大气和真空环境下，经1100℃不同时间扩散处理后相结构的变化。结果表明，喷涂过程中，ZrO2发生M相→T相转变；经大气环境扩散处理后，ZrO2发生T相→M相转变，NiCrAlY相被氧化形成Al2O2和NiAl2O4相，同时r'-Ni3Al相有强烈的择优取向。     

等离子喷涂YSZ热障涂层的热腐蚀行为研究

为了研究YSZ热障涂层在热腐蚀环境下的服役情况,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ZrO3（YSZ）热障涂层和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,研究分析了这2种涂层在850℃含氯硫酸盐膜下的热腐蚀行为。结果表明：MSZ涂层在850℃热腐蚀时发生了相变,引起陶瓷外层开裂和剥落,影响了涂层的抗高温性能和使用寿命;而YSZ涂层在850℃腐蚀后没有相变发生,表现出了比MSZ涂层更佳的抗热腐蚀性能。     

等离子喷涂和激光熔覆热障涂层隔热性能比较

采用多种方法制备不同类型的Al2O3-13％TiO2热障涂层,即等离子喷涂常规涂层、纳米结构涂层及激光熔覆纳米结构涂层．在分析三类涂层微观组织的基础上,对其隔热性能进行了比较．结果表明,即等离子喷涂常规陶瓷涂层呈典型的层状堆积特征,纳米结构涂层都为特殊的两相结构,其中部分熔化区由类似的残留纳米粒子组成,等离子喷涂纳米结构涂层的完全熔化区为片层状结构,而相应的激光熔覆涂层的完全熔化区则为细小等轴晶．在相同条件下,等离子喷涂纳米结构热障涂层具有最好的隔热性能,而激光熔覆纳米结构涂层的隔热性能要好于等离子喷涂常规涂层．     

等离子喷涂耐磨涂层及热障涂层的新进展

综述了等离子喷少技术在耐磨损涂层及热障涂层方面的研究进展,分析了等离子喷涂技术与新设备,新工艺融合后两种涂所展现出的更为优越的性能;最后指出了两种涂层的发展趋势。     

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。     

钛合金表面等离子喷涂热障涂层性能的研究

用等离子喷涂法在钛合金（Ti6Al4V）表面制备NiCrAlY＋（ZrO2＋Y2O3）陶瓷热障涂层。用XRD、SEM检测了涂层的金相组织、结构及形貌。对喷涂前后的试样在600℃进行了高温氧化实验,给出了氧化动力学曲线。结果表明．钛合金经等离子喷涂处理后表面形成陶瓷热障涂层且与基体结合紧密,涂层的厚度约为210um。所形成的热障涂层显著地提高了钛合金的高温抗氧化性能．降低了氧化速率,致密的氧化膜对继续氧化有阻碍作用。     

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.     

附加屏蔽气体的大气等离子喷涂对热障涂层性能影响

对比研究了附加屏蔽气体的大气等离子喷涂和普通大气等离子喷涂对热障涂层组织结构和性能的影响．结果表明,附加屏蔽气体的大气等离子喷涂粘结层表面未熔或半熔粒子较少,涂层中氧化物夹杂和孔隙率降低,热障涂层在1080℃下具有更好的抗氧化性能．附加屏蔽气体的大气等离子喷涂的热障涂层具有更好的抗氧化性能的原因,在于外加保护气氛减轻了...     

不同结构等离子喷涂热障涂层的性能研究

通过等离子喷涂,制备了常规层状结构、垂直裂纹结构的氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ)和铈酸镧(LCO)热障涂层,分析了涂层的微观形貌及性能。结果表明:对于YSZ涂层,垂直裂纹结构的结合强度是层状结构的1.8倍;LCO涂层的微观结构对喷涂工艺比较敏感,适当降低喷涂功率有助于提高扁平化粒子间的结合,缓解涂层中横向裂纹的产生,促进垂直裂纹形成;与层状结构的LCO/YSZ双层涂层相比,垂直裂纹结构的LCO/YSZ双层涂层的结合强度和抗热震性能未明显提高。     

Microstructure and Thermal Behavior of Thermal Barrier Coatings

Yttria stabilized zirconia thick coatings were thermally sprayed from two different feedstock powders. Coating characteristics such as density, crystalline phase composition, and microstructure were evaluated. The thermal expansion coefficient and thermal diffusivity were measured as a function of temperature up to 800 °C and analyzed in terms of the microstructural features. The ability of available models to relate the measured thermal properties to the microstructural features as characterized by readily available methods was assessed. The importance of pore shape and orientation on the thermal conductivity was evidenced. The thermal contact resistance between the substrate and the coating in these samples was estimated from the thermal diffusivity data, and found to change during cooling from 800 °C.     

溶液前驱体等离子喷涂热障涂层的高温稳定性

以锆盐和钇盐水溶液为原料,采用溶液前驱体等离子喷涂(SPPS)技术制备了氧化钇部分稳定氧化锆(7YSZ)热障涂层,利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)和扫描电镜(SEM)研究了SPPS涂层在1 200~1 400℃下的相结构和微观结构稳定性。结果表明:沉积态SPPS涂层为亚稳四方相(t′),在1 200℃和1 300℃时未发生亚稳四方相(t′)向单斜相(m)的转变,在1 400℃热处理100h后出现了少量单斜相。在1 200~1 400℃下,SPPS涂层发生了不同程度的烧结现象;随热处理温度升高,SPPS涂层晶粒长大速率增加,在1 200、1 300和1 400℃热处理100h后,最大晶粒尺寸分别约为350、700和1 100nm。同时,在1 400℃下热处理100h后,涂层中仍然存在大量1μm的微孔,表明其具有较好的微孔保持能力。     

Thermal Barrier Coatings Made by the Solution Precursor Plasma Spray Process

The solution precursor plasma spray (SPPS) process is a relatively new and flexible thermal spray process that can produce a wide variety of novel materials, including some with superior properties. The SPPS process involves injecting atomized droplets of a precursor solution into the plasma. The properties of resultant deposits depend on the time-temperature history of the droplets in the plasma, ranging from ultra-fine splats to unmelted crystalline particles to unpyrolized particles. By controlling the volume fraction of these three different constituents, a variety of coatings can be produced, all with a nanograin size. In this article, we will be reviewing research related to thermal barrier coatings, emphasizing the processing conditions necessary to obtain a range of microstructures and associated properties. The SPPS process produces a unique strain-tolerant, low-thermal conductivity microstructure consisting of (i) three-dimensional micrometer and nanometer pores, (ii) through-coating thickness (vertical) cracks, (iii) ultra-fine splats, and (iv) inter-pass boundaries. Both thin (0.12 mm) and thick (4 mm) coatings have been fabricated. The volume fraction of porosity can be varied from 10% to 40% while retaining the characteristic microstructure of vertical cracks and ultra-fine splats. The mechanism of vertical crack formation will be described.     

等离子喷涂纳米与微米YSZ热障涂层的孔隙结构比较

采用定量分析技术,分析了相同等离子喷涂工艺制备的微米及纳米YSZ热障涂层的孔隙结构,结果表明:纳米涂层的孔隙率低于微米涂层;两涂层的孔隙大小和形状分布规律相似,纳米涂层以直径在1～10μm之间的孔隙含量最多,而微米涂层则以直径大于10μm的孔隙比例最大;纳米YSZ涂层中等轴孔隙含量明显大于微米YSZ涂层.这些结果说明,粉末尺寸对等离子喷涂热障涂层的孔隙结构有着明显的影响.     

悬浮液等离子喷涂热障涂层研究进展

悬浮液等离子喷涂(SPS)解决了纳米尺度粉末输送困难的问题,在热喷涂领域得到了快速发展。介绍了悬浮液等离子喷涂的原理和特点,综述了不同工艺条件对热障涂层结构的影响:降低弧电压的波动可以提高SPS工艺的可控性;降低喷枪功率、降低悬浮液浓度、增大喷涂距离,可实现涂层由垂直裂纹结构向柱状晶结构的演变;降低表面粗糙度可提高柱状晶的均匀性;溶剂为乙醇、溶质粒度分布合理的悬浮液更容易获得柱状晶结构。总结了SPS制备热障涂层产生垂直裂纹结构和类柱状晶结构的机理,认为在相同表面粗糙度下,熔滴尺寸和切向速度是影响涂层结构的关键。SPS-8YSZ涂层的隔热性能和热循环性能较好,具有良好的应用前景。     

热障涂层隔热性能测试方法分析

分别利用4种不同的隔热性能测试方法,对氧乙炔火焰喷涂工艺制备的ZrO2陶瓷热障涂层的隔热性能进行了测试,通过红外测温仪和热电偶连接温度记录仪两种不同方式,测试试样金属基体温度,获得4组不同涂层厚度试样金属基体的温度变化曲线,并结合陶瓷涂层的服役工况对测试结果进行了分析,结果表明,测试方法不同,隔热性能测试所得数据也有所差异,但这4种测试方法均可不同程度的反映热障涂层的隔热效果及变化趋势,在接近实际服役工况条件下,可定性评估涂层隔热性能。     

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.     

等离子喷涂铈酸镧热障涂层性能研究

采用固相反应在1 400℃合成了具有萤石结构的铈酸镧(LCO)粉末。考虑到等离子喷涂过程中CeO2挥发高于La2O3,通过对合成粉末原始配比进行调整,制备出的等离子喷涂LCO涂层符合La2Ce2O7化学计量比。LCO涂层在1 400℃下,热处理110h后未发生分解现象。隔热性能测试结果表明,相同厚度的双层结构LCO/YSZ涂层,在1 250℃下隔热性能约为YSZ涂层的2倍。     

Thermal Shock Property of Al/Ni-ZrO2 Gradient Thermal Barrier Coatings

Al/Ni-ZrO2 gradient thermal barrier coatings are made on aluminum substrate using plasma spraying method and one direction thermal shock properties of the coatings are studied in this paper. The results show that pores in coatings link to form cracks vertical to coating surface. They go through the whole ZrO2 coating once vertical cracks form. When thermal shock cycles increase, horizontal cracks that result in coatings failure forms in the coatings and interface. And vertical cracks delay appearance of horizontal cracks and enhance thermal shock property of coatings. Failure mechanisms of coating thermal shock are discussed using experiments and finite element method.     

功能梯度热障涂层隔热与应力缓和的组合设计

提出了功能梯度热障涂层隔热与应力缓和的组合设计思想，给出了材料基本物性参数物理模型，并在此基础上首先由隔热能力确定不同层数对应的成分分布指数，继而进一步计算出与之匹配的轴向及径向应力分布情况，最后结合涂层材料的制备成本，确定了满足组合设计准则的涂层结构。