等离子喷涂纳米结构与传统结构热障涂层的残余应力对比研究

热障涂层的残余应力是影响其服役寿研究不多.在45钢基体上,用超音速火焰喷涂NiCocrAlY打底层,再用大气等离子喷涂ZrO2-8%(质量分数)Y2O3(8YSZ)工作层,制备了纳米结构与传统结构2种类型的热障涂层(TBC).采用SEM、XRD对这2种涂层的粉末及涂层进行了组织结构分析,用纳米压痕仪测得了2种涂层的弹性模量.用X射线衍射应力测试仪测得了2种涂层的表层残余应力.结果表明:喷涂工艺参数相同条件下,对于打底层及工作层的厚度均相同的2种涂层,纳米结构热障涂层的表层残余应力比传统结构热障涂层约低24.7%;相同打底层的纳米结构热障涂层表层残余应力随着陶瓷层厚度增加而增加,陶瓷层厚度在240 um以下时,表层为残余压应力;厚度超过300 um时,表层为残余拉应力.最后提出了相应的物理力学模型.     

等离子喷涂Sm2Zr2O7/8YSZ热障涂层热冲击应力的数值模拟

热障涂层的热冲击应力对其热冲击性能有重要影响,有关其热冲击应力的研究鲜见报道.采用有限单元法研究了基体材质、厚度对等离子喷涂Sm2Zr2O7/8YSZ热障涂层水淬热冲击应力的影响,并与8YSZ涂层比较.结果表明:涂层内存在较大径向冲击热应力,其值随基体热膨胀系数增加而增大;随基体厚度增加,径向应力逐渐增加,厚度超过25 mm后对径向应力无影响;剪切压应力的绝对值随基体厚度增加而增大,基体厚度超过20mm后趋于稳定;基体厚度对轴向应力无影响;该涂层的抗热冲击性能优于传统8YSZ涂层.     

等离子喷涂用Y2O3稳定ZrO2空心球形粉末制备技术及涂层性能的研究现状

原始粉末是影响等离子喷涂热障涂层组织结构和性能的主要因素之一。Y_2O_3稳定ZrO_2(Yttria stabilized zirconia,YSZ)空心球形粉末综合了熔融破碎粉末的预合金化效果好和团聚烧结粉末的流动性好的优点。采用该粉末制备的YSZ热障涂层的隔热性能、抗热震性能以及抗烧结性能等均显著提高,是目前综合性能最为优异的热障涂层之一。结合国内外研究情况,文章主要介绍了喷雾干燥法、等离子球化法以及模板法制备等离子喷涂用YSZ空心球形粉末的原理和优缺点;同时,对等离子喷涂过程中YSZ空心球形粉末熔滴的飞行特性、铺展凝固行为以及YSZ空心球形粉末制备涂层组织结构及性能的研究进行了概述;最后,指出了目前研究中存在的问题并对其未来的研究方向进行了展望。     

纳米ZrO2热障涂层热震性能研究

为了研究纳米热障涂层的热震性能,采用等离子喷涂工艺制备了纳米Y2O3-ZrO2(YSZ)热障涂层,并测试了涂层的热震性能.借助扫描电镜和X射线衍射等手段分析了涂层的物相构成和组织结构.结果表明,涂层中保留未完全熔融的小尺寸颗粒,且存在大量的孔径＜1 μm的微孔,该结构对提高涂层的热震性能极为有利.纳米涂层抗热震性能显著优于常规热障涂层,从室温至1 000℃,经800次热循环,涂层无明显的脱落现象.     

CeO_2/ZrO_2-Y_2O_3纳米结构热障涂层的制备与高温性能

将纳米ZrO_2-8wt%Y_2O_3和纳米ZrO_2-8wt%Y_2O_3中掺杂25wt%纳米CeO_2(CeO_2/ZrO_2-8wt%Y_2O_3)的两种粉末进行团聚处理,用等离子喷涂方法在GH30高温合金表面分别制备了两种材料热障涂层.用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪对掺杂了25wt%纳米CeO_2的团聚体粉末和涂层的微观组织结构进行分析研究,测试比较了两种涂层在900、1100和1300℃时的热震性能,并试验了两种涂层在1050℃、保温100h后的抗氧化能力.结果表明,纳米粉末经团聚处理后为多孔的球形结构,掺杂纳米CeO_2涂层组成相为稳定的t相(t-ZrO_2、t-Zr_(0.82)Y_(0.18)O_(1.91)、t-Zr_(0.82)Ce_(0.18)O_2)和c相(c-CeO_2),并保持纳米组织结构,平均晶粒尺寸为45nm,其抗热震性能和氧化性能要高于纳米ZrO_2-8wt%Y_2O_3涂层.     

高温热处理对等离子体喷涂的纳米氧化锆热障涂层的影响

热障涂层已广泛用于燃气发动机燃烧室等高温零部件上。纳米热障涂层韧性改善,厚度可以增加,能够提高零部件使用温度和使用寿命。首先利用低压等离子体在镍基体上喷涂制备NiCoCrAlYTa金属中间结合层和大气等离子体喷涂制备Y_2O_3部分稳定的ZrO_2纳米陶瓷面层,然后将纳米氧化锆热障涂层样品在大气中于1050～1250℃温度范围内煅烧处理2～20h。通过扫描电镜和X射线衍射仪分析纳米氧化锆热障涂层高温煅烧前后的组织结构变化和相组成变化,并与常规微米氧化锆热障涂层进行比较。研究结果表明:经高温煅烧后,纳米氧化锆热障涂层中晶粒大小和在陶瓷面层/金属中间结合层界面上形成的TGO的厚度随煅烧温度升高和时间的延长而增大;纳米热障涂层中TGO的增长速度比常规微米热障涂层快;纳米热障涂层经高温煅烧空气中冷却后,主要由四方相组成;与常规微米热障涂层的相组成比较,纳米氧化锆热障涂层中的四方相为低稳定剂四方相。     

制备参数对等离子喷涂热障涂层高温冲蚀性能的影响

燃机热端部件热障涂层实际服役过程中不可避免发生高温冲蚀,引起涂层失效。采用等离子喷涂工艺制备不同喷涂距离、不同喷涂功率的热障涂层,并对其进行1 000℃/60°高温冲蚀试验,研究制备参数对热障涂层耐高温冲蚀性能的影响规律。结果表明:42 kW功率制备涂层,随喷涂距离的增加(110,120,130 mm),涂层耐高温冲蚀性能降低,冲蚀率显著增大(31.40,45.11,76.79 mg/g);110 mm喷涂距离下制备涂层,随喷涂功率的增加(39,42 kW),涂层耐高温冲蚀性能提高,冲蚀率减小(58.86,31.40 mg/g);涂层力学性能是影响其高温冲蚀性能的重要因素。     

SiC纤维/YSZ复合热障厚涂层韧性及热震性能研究

采用大气等离子喷涂(APS)技术, 以ZrO₂-8wt%Y₂O₃(8YSZ)和团聚的P7216(8YSZ和珍珠岩粉)粉末为原料, 在基体上制备了厚度大于4 mm的SiC纤维/YSZ(SFY)复合厚热障涂层, 通过扫描电子显微镜(SEM)分析了涂层的显微结构, 发现SFY涂层具有钢筋混凝土结构, 这种结构能够防止因为涂层厚度增加而引起的失效。此外, 基于计算机的断层成像技术分析热障涂层孔隙率的变化, 考察了SFY涂层和YSZ 热障涂层的抗热震性能、断裂韧性以及热导率性能, 并探讨了纤维的增韧机制。研究结果表明, SFY涂层具有更高的断裂韧性值和更好的抗热震性能, 25℃时SFY涂层的热导率为0.632 W/(m·K), 大约是传统YSZ热障涂层热导率的一半。SiC纤维对涂层内部裂纹的偏转和截止作用, 防止了裂纹扩散长大, 形成网状微裂纹结构, 有效提高了涂层的抗热震性能和断裂韧性。     

45钢表面大气等离子喷涂氧化钇部分稳定氧化锆热障涂层及其性能

为了制备高性能热障涂层,缩短国内外差距,在45钢表面大气等离子喷涂氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)热障涂层。利用X射线衍射和扫描电镜分析YSZ涂层的相结构和微观形貌,分别测定了YSZ涂层的孔隙率、热导率、显微硬度、结合强度及隔热性能。结果表明:YSZ涂层的孔隙率、隔热温差随喷涂电压增大而减小,随喷涂距离的增加而增大;维氏硬度、结合强度和热导率随喷涂电压增大而增大,随喷涂距离增加而减小;当喷涂电压为80 V,喷涂距离为100 mm时,YSZ热障涂层的结合强度为36.78 MPa,热导率为0.705 W/(m·K),具有较好的隔热性能。     

YSZ喷涂粉末制备工艺及其对涂层性能影响

针对不同类型的Y2O3部分稳定ZrO2(YSZ)喷涂粉末,分析喷涂粉末对等离子喷涂氧化锆热障涂层结构和性能的影响。结果表明:熔融破碎型粉末涂层的孔隙率较小,热导率较大;空心球形粉末涂层孔隙率适中,层间孔隙率较大;扁平粒子界面数量较多,涂层的热导率最小,团聚烧结型粉末涂层虽然具有最大的孔隙率,但是层间孔隙率和扁平粒子界面数量小于空心球形粉末涂层的,其热导率介于两者之间;高纯和低密度YSZ喷涂粉末可提升热障涂层的抗烧结能力,从减小热障涂层热导率及延长高温使用寿命的角度考虑,应发展高纯、低密度的空心球形粉末技术。     

粘结层喷涂方法对铜基体与热障涂层结合强度的影响

为提高铜基体上热障涂层的工作温度和寿命,分别采用超音速火焰喷涂(HVOF)和等离子喷涂(APS)制备NiCrAlY粘结层,采用等离子喷涂制备ZrO2-8%Y2O3陶瓷面层.用拉伸试验测试了热障涂层的结合强度,利用SEM分析了拉伸断口的成分分布和微观形貌.研究表明,用HVOF制备粘结层的热障涂层的结合强度为47.9 MPa,用APS制备粘结层的热障涂层的结合强度为31.2 MPa.与等离子喷涂制备粘结层相比,采用超音速火焰喷涂制备粘结层可明显提高ZrO2陶瓷涂层的结合强度.     

Formation of high heat resistant coatings by using gas tunnel type plasma spraying

Zirconia sprayed coatings are widely used as thermal barrier coatings (TBC) for high temperature protection of metallic structures. However, their use in diesel engine combustion chamber components has the long run durability problems, such as the spallation at the interface between the coating and substrate due to the interface oxidation. Although zirconia coatings have been used in many applications, the interface spallation problem is still waiting to be solved under the critical conditions such as high temperature and high corrosion environment. The gas tunnel type plasma spraying developed by the author can make high quality ceramic coatings such as Al2O3 and ZrO2 coating compared to other plasma spraying method. A high hardness ceramic coating such as Al2O3 coating by the gas tunnel type plasma spraying, were investigated in the previous study. The Vickers hardness of the zirconia (ZrO2) coating increased with decreasing spraying distance, and a higher Vickers hardness of about Hv = 1200 could be obtained at a shorter spraying distance of L = 30 mm. ZrO2 coating formed has a high hardness layer at the surface side, which shows the graded functionality of hardness. In this study, ZrO2 composite coatings (TBCs) with Al2O3 were deposited on SS304 substrates by gas tunnel type plasma spraying. The performance such as the mechanical properties, thermal behavior and high temperature oxidation resistance of the functionally graded TBCs was investigated and discussed. The resultant coating samples with different spraying powders and thickness are compared in their corrosion resistance with coating thickness as variables. Corrosion potential was measured and analyzed corresponding to the microstructure of the coatings. Keywords: High Heat Resistant Coatings, Gas Tunnel Type Plasma Spraying, Hardness,     

等离子喷涂法制备黑铬太阳能选择性吸收涂层

采用等离子喷涂法制备了黑铬太阳能选择性吸收涂层,采用XRD、SEM等测试方法对涂层的物相、微观结构、太阳能吸收性能进行了表征。对涂层进行了打磨,并在涂层表面制备SnO2选择性透过薄膜。研究表明,采用等离子喷涂方法制备的黑铬涂层吸收率为0.93,发射率为0.88,经打磨处理后,发射率降至0.76。添加SnO2薄膜后,涂层吸收率变化小,发射率降至0.50。热震实验表明该涂层具备良好的抗热震性能。     

Untersuchung der Einflüsse von Substratrauheit und Spritzpartikelgröße auf die Haftung thermisch gespritzter Schichten

About the influence of substrate roughness and spray particle size on the adhesion of thermal spray coatings The influence of substrate roughness and spray particle size on the adhesion of thermal spray coatings was researched systematically. In addition to established spray materials (Cr₂O₃, WCCo, NiCr) and spraying processes (atmospheric plasma spraying (APS), high velocity flame spraying (HVOF)) different substrate materials (steel, stainless steel, aluminum) were included in the research work as well.     

喷涂工艺对Fe-Ni-B喷涂涂层组织性能的影响

采用高速火焰喷涂技术以及等离子喷涂技术制备了Fe-Ni-B涂层.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线荧光光谱仪(EDX)分析了粉末以及涂层的微观结构、涂层到基体的成分分布.利用X射线衍射(XRD)分析了喷涂态的涂层物相.并对涂层的结合强度及抗热震性能进行了试验研究.研究结果认为:等离子喷涂层组织更为致密,但其热喷涂涂层存在的层状结构也更加明显.熔融液滴在涂层表面的平铺效果都比较好.Fe、Ni元素的分布从涂层到基体基本成均匀分布,避免了局部元素偏析所造成的应力集中.热震后,等离子喷涂涂层中的裂纹分布细小且无规律.高速火焰喷涂涂层裂纹主要集中在涂层与基体结合部位.根据材料抗热震性能的能量理论和弹性理论,等离子喷涂涂层的抗热震能力更强.并且涂层的断裂失效主要产生在结合部位.     

热喷涂纳米涂层制备方法及材料研究现状和展望

综述了热喷涂纳米涂层的制备方法现状及所用材料的发展情况,介绍了溶液等离子喷涂(SPS)、冷气动力喷涂(CGDS)、高速火焰喷涂(HVOF)技术制备纳米涂层的优势、纳米粉末材料的制备方法及发展趋势,指出纳米涂层制备的主要关键在于解决纳米粉末的输送技术和涂层制备过程中抑制纳米颗粒的长大趋势.纳米涂层的研究对推动热喷涂技术应用有着十分重要的作用.     

Fe3Al-Al2O3陶瓷梯度涂层性能研究

利用等离子喷涂制备了不同成分设计的多种Fe3Al-Al2O3陶瓷复合涂层，采用金相显微镜、SEM、XRD及电子探针等手段，研究了涂层的微观组织及成分分布，并对涂层的结合强度、显微硬度及抗热震性能进行了试验研究。结果表明，Fe3Al过渡层的引入可有效地改善涂层的质量，Fe3Al金属间化合物是钢基体上制备陶瓷涂层较为理想的过渡材料。涂层成分的梯度化有利于涂层结合强度和抗热震性能的提高。     

等离子沉积氧化锆涂层显微组织及性能研究

目的以氧化锆粉末作为喷涂材料,使用等离子喷涂的方式制备出性能优异的氧化锆涂层。方法通过不同的工艺参数来对涂层的显微组织及性能进行优化,分别利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析仪(XRD)等方法,研究了工艺参数对涂层显微组织影响,并通过高温氧化测试来研究涂层的抗高温性能。结果在其他喷涂条件固定的情况下,涂层的厚度与喷涂时送粉量有关,送粉量越高则涂层厚度越大;当改变喷涂距离时,涂层的致密度则随着喷涂距离的增加而降低;在高温氧化40h后,涂层表面没有发生明显变化。结论通过等离子喷涂制备的氧化锆涂层具有较好的致密度,孔隙率最低仅为3.24%;涂层具有良好的热稳定性,能够长时间在高温下稳定使用。     

Bimodal TBCs with low thermal conductivity deposited by a powder-suspension co-spray process

Advanced thermal barrier coatings (TBCs) with better thermal barrier performance are required by both advanced gas turbine and air engine. In this work, novel bimodal TBCs with low thermal conductivity were deposited and characterized by a novel co-spray approach with both solid powder and suspension. Experimental and finite element analyses were used to optimize the process parameters to prepare the specific morphology nanostructure features. With a comprehensive understanding on the influence of spraying parameters on the morphology of nano-particles, homogeneous nano-particle heaps with a large aspect ratio were introduced to conventional layered coatings by plasma co-spraying with suspension and solid powder. Co-sprayed bimodal microstructure composite coatings resulted from both wet suspension droplets and molten particle droplets exhibited low thermal conductivity. The thermal conductivity of the composite coating was 1/5 lower than that of the counterpart coatings by conventional plasma spraying with solid powder. This study sheds light to the structural tailoring towards the advanced TBCs with low thermal conductivity.