Gd2(Zr1-xCex)2O7热障涂层陶瓷层材料的CMAS热腐蚀行为研究

在1250℃C的温度下对Gd2(Zr1-xCex)2O7(x=0,0.1,0.2,0.3)陶瓷分别进行了5、10和20 h不同腐蚀时间的CMAS热腐蚀实验,利用XRD、SEM及EDS等表征手段对腐蚀过程中元素的扩散、物相和形貌的变化进行了研究.结果 表明,CMAS与Gd2 (Zr1-xCex)2O7(x=0,0.1,0...     

防CMAS腐蚀热障涂层开裂的研究现状

针对热障涂层在服役过程中受CMAS(Ca O-Mg O-Al2O3-Si O2)腐蚀而造成的表层剥落及层间易开裂问题,探讨总结了CMAS对于热障涂层的腐蚀机理,指出目前所用方法存在的不足,因此急需研究抗CMAS腐蚀的新材料系统和相关工艺。开裂失效是热障涂层主要的失效形式,通过降低氧化层的氧化速度和增加陶瓷层的韧性,能有效延长涂层的使用寿命。基于对涂层结构复杂性的分析,可知涂层需从宏观、细观、微观三个角度进行表述,因此合理运用跨尺度理论对于分析涂层结构等问题有着较为重要的意义。为此提出开发防CMAS渗入的细观增韧的热障涂层,并进一步从跨尺度角度进行开裂分析。研究结果对于丰富涂层增韧途径、增强抗腐蚀性能,保障热障涂层乃至航空发动机的安全平稳运行具有重要的理论意义和工程应用价值。     

热障涂层的CMAS腐蚀失效及对策研究综述

研制具有长寿命、高性能的热障涂层（TBCs）,是制造我国大功率航空发动机、发展新一代超音速战机的一项十分紧迫的任务。由于外来沉积物CaO-MgO-Al2O3-SiO2（CMAS）渗入涂层而导致TBCs失效的现象越来越受到人们的重视,在过去的一段时间里,很多学者对CMAS渗入后涂层的失效机理进行了大量的研究并尝试了一些缓解CMAS渗入涂层的方法。本文针对当前应用最为广泛的“层状多孔结构”的等离子喷涂涂层及“细长柱晶结构”的电子束辅助物理气相沉积涂层,系统地梳理了近年来国内外学者对TBCs在CMAS渗入条件下的失效机制及涂层缓解CMAS渗入方面的最新研究成果,为制备高性能的TBCs提供帮助。     

CMAS、CMAS+NaVO3、CMAS+海盐作用下热障涂层的腐蚀行为与机理

环境沉积物(CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂,CMAS)的高温腐蚀已成为航空发动机涡轮叶片热障涂层过早失效的重要原因之一。然而涡轮叶片工作环境复杂,熔盐、海盐常与CMAS耦合,一起对热障涂层造成多元复杂腐蚀,但目前关于CMAS与盐类的多元耦合腐蚀行为鲜有报道。针对Y₂O₃部分稳定ZrO₂(YSZ)热障涂层在CMAS、CMAS+NaVO₃、CMAS+海盐作用下的腐蚀行为进行对比研究。通过XRD、SEM等方法对不同条件下腐蚀后的涂层进行表征,并分析热处理温度、腐蚀物种类对腐蚀行为的影响。结果表明：与CMAS相比,CMAS+NaVO₃、CMAS+海盐会在更低的温度下损伤涂层(1 200℃)。当三种腐蚀物均能完全熔化时(1 250℃),CMAS+NaVO₃、CMAS+海盐熔体则由于更大的流动性而大量渗入,腐蚀内部涂层。其中,CMAS+海盐熔体在涂层内的渗透性最强,1 250℃热处理4 h后,渗透...     

预腐蚀工艺对Gd2Zr2O7陶瓷抗CMAS腐蚀性能的影响

对在900、1000、1100、1200和1300℃下预腐蚀0.5 h的Gd₂Zr₂O₇陶瓷进行了1250℃下3 h的CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂(CMAS)热腐蚀实验,利用XRD、SEM以及EDS等手段表征了腐蚀产物和腐蚀深度。实验表明,在1100℃下预腐蚀0.5 h之后的Gd₂Zr₂O₇抗CMAS性能有效提高。1250℃下CMAS腐蚀3 h后,腐蚀深度为39.46μm;CMAS腐蚀10 h后,腐蚀深度为70.49μm。高温下,预腐蚀后的Gd₂Zr₂O₇时与熔融的CMAS相互反应,形成致密的富磷灰石相(Ca₂Gd₈(SiO₄)₆O₂)上反应层,能够有效抑制CMAS的进一步渗透。     

炼油厂高温硫腐蚀失效分析

分析研究了荆门炼油厂长期工作在燃气和H_2S-H_2-O_2混合气氛下的三种材料的高温硫腐蚀失效情况,按热力学稳定相图进行了讨论;对罕见的多层FeS腐蚀层的形成过程提出综合作用机制模型予以解释。     

航空发动机热障涂层的CMAS腐蚀行为与防护方法

热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)是航空发动机涡轮叶片的关键核心技术之一,可显著提高发动机工作温度,提升发动机推力和工作效率;但另一方面,更高的发动机工作温度使得叶片及其表面TBCs遭受严重的环境沉积物(主要成分为CaO、MgO、Al2O3和SiO2,简称CMAS)腐蚀,造成过早失效.CMAS腐蚀已成为限制TBCs工作温度和服役寿命的难题,抗腐蚀防护是目前TBCs领域研究的重点.本文首先综述了学者们对TBCs CMAS腐蚀问题的认识历程以及CMAS本身特性,再简述了TBCs的CMAS腐蚀机理,重点从TBCs的表面防护层设计、涂层成分改性、新型抗腐蚀涂层材料开发以及涂层结构设计等方面阐述了国际上目前TBCs的抗CMAS腐蚀防护方法,最后对TBCs的超高温环境应用及腐蚀防护发展方向进行了展望.     

南海某油田油管腐蚀失效原因分析

南海某油田油管多次发生腐蚀穿孔,本文通过失效部位宏观分析、微观分析、理化检验和腐蚀产物分析对腐蚀机理进行研究.结果表明,该油管物理化学性能均符合标准,腐蚀失效的主要原因是二氧化碳腐蚀,碳钢耐二氧化碳腐蚀差,建议更换含Cr管材.     

航空发动机热障涂层的CMAS腐蚀与防护研究进展

热障涂层（TBCs）广泛应用于先进航空发动机热端部件,可以有效提高发动机的工作效率和服役温度。随着发动机涡轮前进口温度不断提高以及工业生产和人类活动愈加频繁,TBCs面临严峻的CMAS腐蚀问题。目前CMAS腐蚀已经成为制约TBCs应用和发展的关键因素,如何提高TBCs的CMAS防护能力是TBCs领域的研究热点和难点。针对此问题,对不同类型CMAS的室温和高温特性进行总结,深入分析CMAS作用下TBCs的失效机制,总结TBCs的CMAS防护方法,综述TBCs的CMAS腐蚀与防护研究进展。结果表明,不同CMAS（如火山灰、沙石和灰尘等）的化学成分（质量分数）差异明显,影响了其高温黏度和熔化行为;高温下熔融CMAS渗入到涂层内部并与之发生化学反应,破坏了涂层的结构和性能稳定性,造成涂层失效;提出了增加惰性防护层、YSZ材料掺杂改性和研发新材料等方法,以提高TBCs的CMAS防护能力。最后对未来的CMAS防护新方法进行展望,对超高温长寿命TBCs的研制提供理论支撑。     

等离子体喷涂环境障涂层高温失效研究进展

环境障涂层因具有良好的抗高温水氧腐蚀能力而备受关注,但是由于外部砂粒等对涂层表面的侵蚀作用,仅能满足抗水氧腐蚀,还不能达到未来航空器高温部端的要求,CMAS 腐蚀是对环境障涂层的另一个挑战。 环境障涂层多采用等离子体喷涂工艺制备。 由于涂层在经历高低温冲击时,会不可避免地发生失效。 针对这一事实,文中对涂层失效种类和失效方式进行了总结和归纳,同时还介绍了环境障涂层的产生和发展历程。 从微观、介观到宏观的维度介绍了环境障涂层的选材;通过分析国内外在环境障涂层方面的研究结果,结合计算模拟对 CMAS 引起的失效、高温水蒸气引起的失效以及热冲击引起的失效,进行了详细的阐述并总结了相应的失效机理;最后指出了环境障涂层面向应用仍然需要解决的问题以及未来的研究趋势。     

CMAS渗入对等离子喷涂YSZ热障涂层形貌的影响*

研究了等离子喷涂不同结构YSZ涂层在CMAS渗入作用下的形貌演变规律。对带有模拟CMAS沉积物的YSZ涂层进行高温热处理试验,并在低CMAS输送量条件下对YSZ涂层进行冲刷试验,试验后涂层均出现了严重的层间剥离失效。通过试验前后涂层的截面形貌及Raman光谱分析,结果表明:涂层的显微形貌变化主要表现在高温下熔融态CMAS沿涂层表面微裂纹和孔隙渗入内部,引起YSZ陶瓷层孔隙收缩、表层致密化,同时在涂层表面粘附的CMAS耦合作用下,YSZ涂层表层中产生大量横向微裂纹和明显分层;另外,YSZ涂层表层在CMAS中溶解并导致YSZ加速相变失稳也是影响涂层形貌变化和过快失效的因素之一。CMAS沉积层厚度增加时,同等条件下CMAS对涂层失效的影响会加剧。     

MoSi2高温氮化行为的研究

以MoSi2粉体为原料，分别在1400、1500、1600、1700℃温度下，0．9MPa氮气气氛条件下保温3h，研究了MoSi2的高温氮化行为。XRD、SEM和EDS研究结果表明：MoSi2的氮化产物主要有Mo5Si3和Si3N4，同时还有SiO2和Si2N2O生成，氮化生成的Si3N4呈针柱状。MoSi2氮化后生成的Si3N4的量随氮化温度的升高而增加。     

飞机APU涡轮导向叶片高温防护涂层失效模式分析

利用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)等分析了国内某型在役APU涡轮导向叶片的结构特征与热防护机理,研究了叶片失效件中高温防护涂层的厚度变化与失效模式。结果表明:飞机APU导向叶片中存在渗铝涂层+MCrAlY涂层与单一渗铝涂层2种不同的涂层结构;APU导向叶片失效件的MCrAlY涂层厚度从叶片尾缘—叶盆—前缘区域呈先增大后减小的趋势;受叶片构型影响,叶片尾缘区域涂层的氧化程度较严重,而叶盆区域越靠近前缘的位置涂层氧化损伤程度越低,但叶片前缘区域由于受CMAS腐蚀与高温氧化的耦合作用使得该区域涂层损伤最为严重。     

Study on hot corrosion behavior of Yb2Zr2O7 ceramic against Na2SO4 + V2O5 molten salts at temperatures of 900–1200 °C in air

Yb₂Zr₂O₇ ceramic powders synthesized by chemical‐coprecipitation and calcination method were pressureless‐sintered at 1700 °C for 10 h in air to fabricate dense bulk materials. Hot corrosion studies were performed on Yb₂Zr₂O₇ against Na₂SO₄ and Na₂SO₄ + V₂O₅ (molar ratio = 1:1) molten salts in a temperature range of 900–1200 °C for 8 h in air, respectively. Chemical reactions were investigated using X‐ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The Yb₂Zr₂O₇ ceramic was severely corroded by Na₂SO₄ + V₂O₅ molten salt, however, no chemical reaction was found between individual Na₂SO₄ and Yb₂Zr₂O₇. Yb₂Zr₂O₇ reacted with Na₂SO₄ + V₂O₅ molten salt to form YbVO₄ and m‐ZrO₂. The thickness of hot corrosion scales formed at different temperatures was investigated to evaluate hot corrosion behavior based on fluxing mechanism. The introduction of vanadium into sulfate led to subsequent formation of NaVO₃, which was acidic enough to dissolve Yb₂Zr₂O₇ by acidic fluxing.     

高强度螺栓断裂原因分析

对断裂的高强度螺栓进行了成分、性能及微观形貌结构等分析。结果表明，螺栓断裂为疲劳断裂及氢脆和应力腐蚀断裂．氢脆主要发生于裂纹形成初期。     

高温高压CO_2腐蚀环境中含Cr低合金钢耐蚀机理的研究进展

阐述了含Cr低合金钢耐CO_2腐蚀的机理,并介绍了如何通过极化曲线来确定含Cr低合金钢是否耐蚀的方法,同时也列举了含Cr低合金钢腐蚀产物膜沉积机制的最新进展,并提出了含Cr低合金钢耐蚀机理研究中亟待解决的问题。     

螺栓抗咬死减摩防锈材料的研制

研制了一种新型膏状的螺栓抗咬死耐高温减摩防锈材料,它是由石墨、硅油、羰基镍粉等原材料经复配、分散加工而成.使用时,涂在螺纹表面,可防止螺栓咬死和锈蚀.通过加热试验、Falex试验、盐雾试验、螺栓咬死试验、辐照试验等对其进行了各项性能检测.结果表明:摩擦系数为0.08～0.105;极压失效负荷达到6450～7784N、耐温(≥300℃)、抗辐照(≥10-GY,γ射线);具有优良的抗咬死和防锈性能,有效期可达10年.     

锆合金表面涂层耐高温高压动水腐蚀性能的研究

目的 提高锆合金在高温高压环境中耐动水腐蚀性能。方法 利用多弧离子镀技术（MAIP）在Zr-4合金表面分别制备了Al2O3涂层和Cr/TiAlN复合涂层,利用磁控溅射技术（MS）在Zr-4合金表面制备了TiN涂层。通过堆外高压釜实验,对比研究了三种不同涂层的耐高温高压动水腐蚀性能,利用自动划痕仪检测膜基结合力,利用XRD分析涂层的物相成分,利用SEM观察涂层腐蚀前后的微观形貌,利用EDS对涂层元素种类与含量进行分析。结果 多弧离子镀技术制备的Al2O3涂层和Cr/TiAlN涂层致密度较高,但表面存在少量大颗粒与微孔洞;磁控溅射技术制备的TiN涂层均匀平整,表面大颗粒较少。Al2O3涂层、TiN涂层和Cr/TiAlN涂层可承受的临界载荷分别为26、16、26.5 N。在实验条件下,Cr/TiAlN涂层和TiN涂层表面均发生了剥落或腐蚀现象,且这两种试样表面均检测出大量的ZrO2,而Al2O3涂层几乎未被破坏,基体得到了充分防护。结论 利用多弧离子镀技术在Zr-4合金表面制备的Al2O3涂层和Cr/TiAlN涂层的膜基结合力较高,利用磁控溅射技术制备的TiN涂层的膜基结合性能较差,其中Al2O3涂层具备良好的耐腐蚀性能,在高温高压动水腐蚀环境中能够有效地保护锆合金基体。