氟锆酸钾添加浓度对铝基PEO涂层热物理性能的影响

为了研究氟锆酸钾(K_2ZrF_6)添加对铝基PEO涂层热物理性能的影响。在硅酸盐-氢氧化钠电解液体系下,通过掺杂不同浓度的氟锆酸钾(0,0.5,1.5和3 g/L),使用等离子体电解氧化技术(PEO)在纯铝基体表面制备得到了氧化铝-氧化锆复合陶瓷涂层。采用DSC以及LFA对涂层的热物理性能(比热容、热导率)进行了表征,并通过SEM、XRD、EDS等测试手段分析不同添加浓度下铝基PEO陶瓷涂层的显微形貌以及相结构组成,对其变化趋势及对热物理性能的影响机理进行讨论与分析。结果表明:氟锆酸钾掺杂后,涂层相结构主要由α-Al_2O_3、γ-Al_2O_3、莫来石与t-ZrO_2组成;随着添加浓度的增加,陶瓷涂层的生长速率不断提高、内部的微孔数量增多、氧化锆含量持续上升,涂层密度先下降后增加,涂层表面出现局部放电现象;锆元素掺杂后涂层比热容呈现出波动下降趋势,热导率数值显著降低,当氟锆酸钾添加浓度为1 g/L时,涂层的热导率最低,为0.148 W/(m·K),较添加前降低了72.5%。对于纯铝基体,在硅酸盐体系电解液引入氟锆酸钾成分可以有效降低涂层的热导率,提高涂层的隔热性能。     

ZrO2／Ni阶梯热障涂层的热冲击行为

研究了ＺｒＯ２／Ｎｉ阶梯热障涂层在火焰喷烧和水淬炳途中热冲击条件下的失效行为,建立了梯度热障涂层在火焰喷烧和水淬热冲击条件下一维温度场应力场的解析模型,实验结果表明,涂层的抗热冲击能力在火焰喷烧条件下随层次折增加而增强,在水淬热冲击条件下却随层次的增加而降低,证实涂层的抗热冲击能力与热冲击条件有关,并取地表面换热系数的大小与方向,故评价涂层的抗热冲击能力时须合理选择热冲击条件,按梯度设计,能大大提     

等离子喷涂纳米结构ZrO2陶瓷涂层的工艺研究

研究工艺参数对等离子喷涂纳米结构ZrO2陶瓷涂层微观组织和力学性能的影响,采用三因素三水平正交试验法对喷涂电压、电流和主气流速三个主要参数进行了优化设计.采用定量金相分析法分析了涂层未熔化区域的大小,并测定了涂层的结合强度、裂纹扩展抗力和磨损性能.结果表明,制备纳米结构ZrO2陶瓷涂层的最佳工艺参数为电流540A,电流63V,主气流量45 L/min.     

Al-Si合金表面制备ZrO2等离子体电解氧化涂层

采用等离子体电解氧化方法在Al-Si合金表面制备了氧化锆涂层.通过SEM、XRD研究了涂层的显微组织和相组成.结果表明,在氧化初期,涂层生长为典型的电化学极化控制的阳极沉积阶段,生长速率较快,且主要以向外生长为主;随处理时间的延长及涂层增厚,涂层生长速率有所降低,且主要以向内生长为主.涂层主要由t-ZrO2、m-ZrO2、α-Al2O3和γ-Al2O3组成,t-ZrO2为涂层的主晶相.随着氧化反应的进行,涂层表面由等离子体放电形成的微孔逐渐过渡为重复堆积的陶瓷颗粒,颗粒尺寸为1～2μm.     

Al-12.5％Si合金表面ZrO2溶胶改性PEO陶瓷层的形成机制

采用ZrO_2溶胶改性的等离子体电解氧化(PEO)技术在Al-12.5%Si合金表面制备Al_2O_3-ZrO_2陶瓷层,研究ZrO_2溶胶对PEO陶瓷层形成机制的影响。采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FTIR)和激光粒度仪等研究了ZrO_2溶胶的微观组织结构、粒径及荷电性以及陶瓷层的微观形貌、成分及物相。结果表明:荷负电的ZrO_2溶胶粒径为50～60 nm,烧结后以四方相t-ZrO_2存在,含有少量m-ZrO_2。ZrO_2溶胶改性的PEO涂层较未改性的涂层均匀、致密,并且生长速率提高。由于ZrO_2溶胶吸附在基体表面形成凝胶层,凝胶层的高电阻使PEO初期更易产生火花放电,促进了Al_2O_3膜的形成。ZrO_2溶胶改性的PEO涂层由Al_2O_3、c-ZrO_2、t-ZrO_2和少量的SiO_2组成,而溶胶改性前SiO_2的含量较高。ZrO_2凝胶颗粒在等离子体放电产生的高温下进入放电通道,与电化学反应形成的Al_2O_3烧结形成Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷层。     

超轻质ZrO2纤维隔热材料的热物理性能研究

采用Hot disk热分析仪和石英灯辐射加热法分别测试分析了ZrO<,2>纤维隔热材料的常温和高温隔热性能.研究表明,随材料孔隙率的增大,ZrO<,2>纤维隔热材料的有效导热系数减小,即隔热效果越好;在孔隙率相同的情况下,材料晶粒尺寸越小其有效导热系数就越小;随试样表面温度的升高,在热传导的过程中辐射起主导作用,从而使材料的有效导热系数增大;当温度由200℃升高到800℃时,ZrO<,2>纤维隔热材料的有效导热系数由0.027W/(m·K)升高到0.085W/(m·K),在800℃达到热稳定时,ZrO<,2>纤维隔热材料冷边的温度不高于30℃.     

纳米ZrO2-Al2O3基高温封严涂层的结构与性能研究

研制了3种不同Al2O3含量(质量分数分别为5%,10%,15%)的纳米ZrO2-Al2O3基高温可磨耗封严涂层粉末材料,采用大气等离子喷涂(APS)工艺,制备了3种涂层材料的双层结构封严涂层和Al2O3含量逐层递增的多层结构封严涂层.对涂层材料的沉积效率,涂层的微观结构、硬度和结合强度等进行了测试与分析.结果表明:封严涂层材料的沉积效率随Al2O3含量的增加而升高;由于熔融条件的不同,涂层内ZrO2的形态不唯一;封严涂层的硬度和结合强度与厚度和Al2O3含量有紧密的关系;与双层结构封严涂层相比,多层结构封严涂层的综合性能良好,基本可以满足封严涂层对厚度、硬度和结合强度的要求.     

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。     

ZrO2热障涂层及其内应力的研究

本文分为两部分；第一部分介绍结合层及ZrO2稳定剂的发展。第二部分主要介绍ZrO2·Y2O3的残余应力的研究状况及其失效机理。     

等离子喷涂纳米ZrO2复合陶瓷涂层冲蚀行为

以常规和纳米团聚体ZrO3-7wt%Y2O3复合陶瓷粉末为材料,采用等离子喷涂工艺在TC4钛合金表面制备了常规和纳米结构陶瓷涂层,并对其进行冲蚀实验,研究了涂层微观组织和性能对涂层抗冲蚀性能的影响,以及不同工艺参数下涂层冲蚀性能.用扫描电镜(SEM)和XRD分析了涂层组分和微观结构,同时利用显微硬度计对涂层的硬度进行了测试.结果表明,等离子喷涂纳米ZrO2涂层抗冲蚀性能明显高于常规ZrO2涂层.当冲蚀角为90°时冲蚀失重最大,表现为脆性冲蚀,随着速度的增大冲蚀失重也随之增加.等离子喷涂纳米ZrO2涂层由熔化区和部分熔化区组成,部分熔化区属微纳米结构,熔化区在沉积急冷和冲击应力的作用下会形成细晶,微纳米结构与细晶共同作用下的纳米陶瓷涂层的平均粒度将远远小于常规陶瓷涂层的平均粒度,使其硬度增加;微纳米区域在涂层中其局部晶界的强度特别高,裂纹难以沿着晶界扩展,起到了良好的增韧的作用,硬度和韧性的提高使涂层的抗冲蚀性能增强.     

电压对TiAl合金含ZrO2微弧氧化膜生长特性的影响

目的在TiAl合金表面制备较厚的含ZrO_2相的微弧氧化膜层,并研究电压对微弧氧化膜层生长特性的影响。方法采用可溶性锆盐电解液体系,分别在480、500、520 V电压下对TiAl合金试样进行微弧氧化处理。分别采用涡流测厚仪、扫描电子显微镜和X射线衍射仪,检测膜层的厚度、微观形貌和物相组成。结果在480、500、520 V电压下制备的膜层厚度分别为18、28、48μm,电压小幅度的增加使膜层厚度大幅度增加。膜层的主晶相为t-ZrO_2,并含有m-ZrO_2、Al2O3和Ti O2相,随着电压的升高,m-ZrO_2相的含量略有增加。膜层表面有许多大小不一的类似于"火山口"的微孔和一些陶瓷颗粒,随着电压的升高,微孔孔径增加,膜层表面粗糙度增加。结论电压对膜层相组成的影响较小,对膜层微观形貌和厚度具有显著影响。较高电压有利于提高膜层的厚度,同时会增加膜层的粗糙度和表面微孔孔径。     

阴极电流密度对6061铝合金在含Na2WO4电解液中微弧氧化膜结构和耐磨性能的影响

目的 研究恒流模式下阴极电流密度对6061铝合金在含Na2WO4的电解液中制备的微弧氧化膜厚度、形貌、相组成及耐磨性能的影响。方法 固定阳极电流密度为5.0 A/dm²,阴极电流密度分别为0、1.25、2.5、3.75、5.0 A/dm²,对6061铝合金进行微弧氧化40 min。用涡流测厚仪测量了氧化膜的厚度,用扫描电镜观察了微弧氧化膜的表面形貌和截面形貌,用能谱分析仪分析了氧化膜的表面成分,用X射线衍射分析仪分析了微弧氧化膜的相组成,用往复式摩擦磨损试验机测试了氧化膜的耐磨性能。结果 随着阴极电流密度的增加,氧化膜内的W含量逐渐减少,氧化膜颜色逐渐变浅,氧化膜厚度逐渐增加。微弧氧化膜的主要组成相为α-Al2O3和γ-Al2O3。当阴极电流密度从0 A/dm²增加到3.75 A/dm²时,氧化膜内孔洞的数量和尺寸逐渐减少,孔洞到氧化膜/基体界面的距离逐渐增加,氧化膜的耐磨性能逐渐提升。当阴极电流密度为3.75 A/dm²时,氧化膜的磨损率最低,仅为1.07×10^‒4 mm³/(N.m)。但阴极电流密度增加到5.0 A/dm²时,氧化膜表层出现孔洞和剥落,耐磨性能下降。结论 阴极电流的加入有助于增加6061铝合金微弧氧化膜的厚度,提高氧化膜的致密性和耐磨性能,但过高的阴极电流会导致氧化膜表层出现孔洞,降低耐磨性能。     

低压等离子喷涂纳米YSZ涂层的结构及力学性能

采用低压等离子喷涂技术制备具有新型结构的纳米YSZ涂层,研究电弧电流和粉末松装密度对涂层微观结构以及力学性能的影响。结果表明,松装密度为0.95g/cm3的粉末在喷涂过程中因电流升高而引起的晶粒生长的程度远低于松装密度为1.4g/cm~3的粉体。当电流超过350A后,两种粉末所对应的涂层的Weibull模量分布均发生从二元结构向单一值的转变,但转变后涂层的结构均呈现出有别于传统涂层结构的细等轴晶结构。硬度与弹性模量的分析结果表明具有细等轴晶结构的涂层较在350A电流下形成的二元结构纳米涂层具有更高的平均硬度与弹性模量。当采用密度为1.4g/cm~3的粉末时,所对应涂层的断裂韧性Weibull曲线随电流波动较大。     

热喷涂NiCr/纳米(Zr02 +8% Y2 03)梯度涂层的性能研究

针对陶瓷涂层与基体结合强度低、易产生裂纹和剥落的现象,进行了抗高温氧化耐磨损梯度涂层的设计。采用热喷涂技术在45钢基体表面制备由面层[纳米（Zr02 +8% Y203）]和中间层(NiCr)组成的梯度涂层,利用扫描电镜(SEM)、测定结合强度、测定显微硬度、X射线衍射等方法研究涂层的性能。结果表明：NiCr/纳米(Zr02+ 8% Y203)梯度涂层显微组织结构致密,与NiCr合金涂层和纳米(Zr02,+8% Y2 03)陶瓷涂层相比,具有更优良的力学性能;梯度涂层的面层有利于提高基体的耐高温、耐磨损性能,而中间层则有利于改善基体的抗高温氧化性能。     

高强度铝合金微等离子体电解氧化陶瓷质膜层影响因素

微等离子体电解氧化是在阳极氧化基础上发展起来的直接在轻合金表面原位生成γ-Al2 O3和α-Al2 O3陶瓷质膜的一项表面工程新技术.α-Al2 O3对陶瓷质膜层的性能起决定性作用,最大限度地促进α-Al2 O3的形成,是改善铝合金表面综合性能的关键.经过对国内近20个单位的调研,发现该技术在军工、航空、航天、机械等领域有着迫切的需求和广泛的应用前景,有望部分替代硬质氧化膜实现大规模生产.本文从基体材料、溶液特性及电参数三方面分析铝合金微等离子体氧化膜层的影响因素,重点分析基体合金元素对陶瓷质膜层的影响.指出该技术在高强度铝合金应用领域的发展方向并对其前景进行了展望.     

镁合金表面微弧氧化放电现象及氧化膜特性分析

为研究AZ91D表面微弧氧化过程中的放电现象及膜层特性,采用高速摄像机记录微弧氧化试样表面在Na2Si O3-Na OH电解液体系下放电过程的瞬间图像。用扫描电子显微镜(SEM)对微弧氧化膜层截面形貌和表面形貌进行观察,利用X射线衍射仪(XRD)分析膜层的相组成。结果表明:AZ91D合金在微弧氧化稳定阶段,放电过程呈周期性变化规律。AZ91D合金微弧氧化膜层由致密层与疏松层构成,靠近基体一侧为致密层,膜层外侧为疏松层,在疏松层表面存在微孔和裂纹缺陷,膜层最大厚度约为169μm。陶瓷膜层主要由Mg O和Mg2Si O4相组成,且以Mg O相为主。     

钛合金PEO陶瓷膜的组成结构及其抗热震性能

在硅酸盐溶液中,采用类三角波形脉冲等离子体电解氧化电源,在TC4钛合金表面原位制备陶瓷膜层,利用XRD、SEM和能谱等研究了陶瓷膜层的组成和结构特点,利用热震实验研究了陶瓷膜层的抗热震性能.陶瓷膜层主要由金红石型和锐钛矿型TiO_2组成,反应时间增加,膜层增厚,表面放电孔道减少,孔径变大.能谱分析表明,陶瓷膜层中硅元素含量随着反应时间的增加而增多,钛元素含量的变化与之相反.在900～20 ℃热震条件下,膜层的抗热震性能随反应时间的增大而提高,在反应为25 min时,所制备的膜层抗热震性能最佳,继续延长反应时间,膜层的抗热震性能下降.热震试验使陶瓷膜层中晶相TiO_2含量增加,膜层表面出现裂纹.     

TiAl合金等离子喷涂CoNiCrAlY+(ZrO2+Y2O3)涂层性能的研究

利用等离子喷涂法在TiAl合金基体表面依次喷涂结合紧密的过渡CoNiCrAlY涂层和(ZrO2 Y2O3)的陶瓷热障涂层，并进行高温氧化试验。用XRD、SEM检测了试样的显微组织、结构及形貌，结果表明，经等离子喷涂处理后TiAl合金表面形成陶瓷热障涂层且与基体结合紧密；过渡层的硬度有所增大，表面陶瓷层的硬度显著增高，耐磨性能提高；进行850℃和1000℃高温静态氧化试验，TiAl合金表面高温抗氧化能力也显著提高。     

镁合金表面PEF膜与PEO膜腐蚀防护行为的对比研究

目的 对比研究镁合金表面新型等离子体电解氟化(PEF)膜与传统等离子体电解氧化(PEO)膜的腐蚀防护行为.方法 分别在中性和酸性腐蚀介质中,通过开路电位监测和动态电位极化曲线测试表征了膜层的电化学腐蚀行为,通过浸泡实验和盐雾实验表征了膜层的长效腐蚀行为.通过SEM、EDS和XRD等方法表征了膜层的原始微观结构和组成,分析了腐蚀形貌和腐蚀产物.结果 PEF膜与PEO膜均可以为镁合金基材提供有效的腐蚀防护作用.相较于PEO膜,PEF膜在浸泡实验和盐雾实验中,都具有更为优异的腐蚀防护性能,但在动态电位极化测试中,具有更正的自腐蚀电位和更大的自腐蚀电流密度,表明其腐蚀倾向更低,但腐蚀速率更高.结论 总体而言,PEF膜在中性和酸性环境中都具有更好的腐蚀防护性能.PEO膜在中性环境中的腐蚀防护失效机制主要是腐蚀介质的扩散,在酸性环境中的腐蚀防护失效机制主要是膜层化合物的溶解和消耗;PEF膜在中性和酸性环境中的腐蚀防护失效机制都是腐蚀介质的扩散.