等离子喷涂功能梯度涂层抗热震性研究

对等离子喷涂方法制备的金属-陶瓷功能梯度涂层的抗热震性能进行了研究,结果表明:2mm厚金属陶瓷功能梯度涂层整体热震35次后涂层从铝基体上整体剥落失效,主要原因为热震冷却时最大热应力位置在基体与涂层界面位置,位于试样边缘处靠近基体一侧,使铝基体产生周期塑性变形,最终导致基体与涂层的热疲劳失效,同时基体与涂层中金属组元的氧化行为促进了涂层的剥落.     

等离子弧喷涂Al2O3陶瓷涂层低温抗热震性能的研究

为研究等离子弧喷涂Al2O3陶瓷涂层的低温抗热震性能,对不同结构的涂层进行了600 ℃低温热震试验,并分析、探讨了涂层的热震失效机制.结果表明,Al2O3陶瓷涂层低温下热震失效是由层间裂纹或层内裂纹引起的.对于单一Al2O3涂层,涂层与基体的界面是最薄弱处,层间裂纹的萌生及扩展导致涂层自界面处脱落;对于有FeCrAl金属过渡层的涂层,层内粒子间的结合是最薄弱处,层内片层间裂纹的萌生、扩展导致涂层局部脱落.在陶瓷工作层与基体间增加金属过渡层可有效地缓和涂层界面处的热应力,阻碍裂纹的形成及扩展,从而提高涂层的抗热震性能.     

去应力退火对等离子喷涂ZrO2-NiCoCrAlY热障涂层热震性能的影响

研究了等离子喷涂ZrO2-NiCoCrA1Y不同结构热障涂层的硬度分布800℃和1000℃温度下的热震性能。并进一步研究了去应力退火对涂层热震性能的影响。结果表明,与非梯度涂层相比,梯度涂层具有较平缓的硬度分布,不存在金属与陶瓷层界面间的硬度突变。热循环温度增加,使抗热震性能降低,但梯度涂层在两种温度下均具有较高的抗热震性。去应力退火处理较显著地提高了涂层的抗震性。     

陶瓷／金属梯度热障涂层的制备及性能评价

为了评价陶瓷／金属梯度热障涂层的性能，设计了4种涂层方案和2种基体材料（1Cr18Ni9Ti和2Cr13）．利用单枪单送粉器成功地制备了线性梯度涂层．通过观察涂层的微观结构、测量涂层的抗热震性能和热残余应力来评价涂层的性能．利用扫描电镜对各种陶瓷涂层的微观结构进行了观察和分析，利用X射线能谱分析得到了陶瓷梯度涂层试样中的不同区域的衍射图．热震试验表明，梯度涂层比非梯度涂层具有更好的抗热震性能．采用钻孔法对不同涂层方案进行了残余应力的测量，结果表明，压应力出现在1Cr18Ni9Ti基体材料上，而拉应力出现在2Cr13基体材料上．     

热障涂层热震失效寿命定量计算的研究

研究了热障涂层的热震失效,认为涂层热震失效的本质为应力疲劳失效．建立了涂层热震失效寿命理论计算公式,并用实验结果对公式进行了验证,证明公式能很好地拟合实验结果．提出了评价涂层抗热震性能的指标-临界热震温差范围△Tc．该工作为估算涂层寿命及减少实验工作量提供了理论依据．     

化学镀镍对碳纤维增强聚酰亚胺表面WC/Co涂层抗热震性能的影响

在航空发动机涡轮叶片用碳纤维增强聚酰亚胺(C/PMR15)复合材料表面喷涂WC/Co涂层可以提高其抗氧化耐冲刷性能,采用整体热震法能够评定涂层与基体的结合力.研究了在C/PMR15基体上化学镀镍作为粘结底层对WC/Co喷涂层抗热震性能的影响,并与喷涂PMR15粉末作为过渡层的方法进行了比较.结果表明,在PMR15过渡层上不能得到完整的后续涂层,在化学镀镍粘结底层上可得到连续致密的镍基合金层和WC/Co涂层,镀镍层大幅度提高了基体抗氧化能力,缓和了WC/Co涂层和基体界面位置的热应力,涂层抗热震性提高.     

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。     

纯铜表面火焰喷涂陶瓷/渗铝复合层及其性能

为提高铜部件的使用寿命,采用火焰涂技术,在铜基体表面先后喷涂中间铝层和表层陶瓷涂层,经加热扩散处理,制备成铜基陶瓷/渗铝复合涂层。用扫描电镜、X射线衍射仪、热震试验、腐蚀失重、耐磨检测等对复合涂层进行分析、研究。结果表明:复合涂层中有Cu1.05Zn0.95,Cu2TiZn等新相生成;复合涂层抗热震性能较单纯陶瓷涂层好,经920℃加热扩散处理的复合涂层热震次数达40次;复合涂层显著提高了纯铜基体的耐蚀性和耐磨性。     

等离子喷涂制备铪酸钇热障涂层及其性能的研究

采用大气等离子喷涂(APS)设备在高温合金(GH49)基体上制备了Y2Hf2O7热障涂层.采用金像显微镜对所制得涂层的截面进行观察,并对其孔隙率进行测量,测得结果为13.77％.采用对耦拉伸法对制得涂层的结合强度进行测试以检验涂层基本性能,所得结合强度为25.13MPa.为检验涂层抗热冲击性能,对涂层试样实施整体热冲击实验,经10次整体热冲击后表现为边缘处出现少量的剥落,其失效主要是在陶瓷层粒子与黏结层的界面处.陶瓷层与金属黏结层界面处因热膨胀系数差异导致的热应力和陶瓷层自身强度较低是涂层失效的主要原因.     

铝基体化学镀镍对热障涂层抗热震性影响研究

研究了铝基体化学镀镍对热障涂层抗热震性能影响，结果表明，结构相同的热障涂层，基体经化学镀镍后涂层抗热震性由原来的35次剥落失效增长到200次无明显变化，这主要是因为化学镀镍层有效减缓了热障涂层和铝基体界面位置的热应力，并大幅度提高了基体的抗氧化能力，同时热震过程中镀镍层两侧界面位置的元素扩散提高了界面结合力，涂层抗热震性提高。     

SiC基材的抗氧化腐蚀涂层的研究现状与方向

总结了近年来ＳｉＣ基材的抗氧化腐蚀涂层的研究现状,讨论了影响涂层热震性能和抗氧化腐蚀性能的因素,提出了等离子喷涂层中的亚稳结构在服役过程中向热力学稳定结构转变产生的相变应力是影响涂层热震性能的关键因素。涂层的抗热震性能直接关系到涂层对氧化腐蚀环境的防护作用,展望了领域内的研究方向。     

自蔓延高温合成反应热喷涂Al2O3基复相陶瓷涂层的性能

为了改善AZ31B镁合金的耐磨性,以Al2O3-13%TiO2为陶瓷骨料,在其中加入Al/CuO铝热荆,采用普通氧乙炔火焰自蔓延高温合成反应热喷涂技术在镁合金表面制备Al2O3基复相陶瓷涂层.通过X射线衍射分析了陶瓷涂层的组成.结果表明,所得复相陶瓷涂层具有良好的抗热震性,涂层内有Cu4MgO5,CuAlO2等新的物相产生.磨粒磨损试验、黏着干磨损试验和黏着油磨损试验表明:自蔓延反应热喷涂陶瓷涂层的耐磨性是AZ31B基体的6.48,3.32,6.04倍,普通热喷涂层的耐磨性是AZ31B基体的3.60,1.76,1.67倍,自蔓延反应热喷涂陶瓷涂层的耐磨性比普通热喷涂层有较大提高.     

h-BN基复合陶瓷涂层防锅炉受热面的硫酸盐腐蚀性能

针对燃煤锅炉受热面存在的硫酸盐腐蚀问题,采用料浆法在20CrMn表面制备h-BN基复合陶瓷涂层,分析了涂层的抗热震性能、孔隙率和耐磨性能,并研究了350～450℃范围内未喷涂和喷涂涂层试样的防硫酸盐腐蚀性能。结果表明,涂层的抗热震性能良好,孔隙率低,耐磨性能与基材相近。结合热分析动力学对腐蚀试验数据进行处理,得出两种试样腐蚀的反应机理均符合二级相界面反应类型。计算得到未喷涂涂层和喷涂涂层试样的反应活化能分别为1 431.172 J·mol~(-1)和2 200.217 J·mol~(-1),可见喷涂涂层试样的腐蚀反应活化能高于未喷涂涂层试样,表明喷涂涂层试样的防腐蚀性能优于未喷涂涂层试样。分析试验后喷涂涂层试样的形貌、成分和物相,发现该试样仅表面出现少量Na_2SO_4晶粒,而内部基本未检测到Na_2SO_4,表明喷涂涂层提升了基材的防腐蚀性能。     

低熔点玻璃粉对水冷壁涂层组织和性能的影响

本文在FeCrNiAl涂层基础上分别添加不同含量的低熔点玻璃粉制备涂层丝材,利用超音速电弧喷涂技术在Q235钢基体上制备涂层,采用SEM、EDS、XRD和显微硬度计、PS等对涂层的微观组织结构、显微硬度、孔隙率等进行了分析,进行了摩擦磨损、抗弯曲、热震、高温熔盐腐蚀、电化学腐蚀等实验,结果表明:一定量低熔点玻璃粉可减少FeCrNiAl涂层中的未熔颗粒和孔隙,涂层组织致密,结晶相有良好的延展性,摩擦磨损性能、抗热震性能、抗腐蚀性能明显提升.其中,添加10％低熔点玻璃粉的FeCrNiAl涂层组织性能最佳.     

难熔金属表面高温防护涂层抗热震性能研究现状

难熔金属及其合金具有高温强度优异、加工塑性好、耐腐蚀性好等优点,在航空、航天和核工业领域中得到了广泛应用,是一种重要的高温结构材料。但难熔金属及其合金因其自身易氧化的缺点,导致材料在未达到服役温度时就发生严重氧化,从而快速失效。目前,高性能高温防护涂层是保障难熔合金服役性能的关键,然而难熔金属及其合金表面高温防护涂层的实际服役工况非常苛刻,往往伴随着强热震,是导致涂层失效的重要原因。因此,难熔金属表面高温防护涂层在具备优异恒温抗氧化性能的前提下,还需具备良好的抗热震性能。综述了难熔金属表面高温防护涂层的热震失效机制,讨论了影响涂层抗热震性能的关键参数;阐述了难熔金属表面硅化物、金属和复合涂层3类主要涂层体系抗热震性能的研究现状,重点回顾了优化涂层结构、添加陶瓷颗粒以及设计复合涂层等提高涂层抗热震性能的方法及其改善效果;最后,从降低涂层与基体间的热膨胀系数失配度、改善基体/涂层界面结合性能以及设计复合梯度涂层3个方面展望了未来难熔金属高温防护涂层的发展方向。     

等离子喷涂陶瓷涂层的性能、失效机理和寿命预测

对有关等离子喷涂陶瓷涂层的性能、失效机理和寿命预测模型进行了综述。讨论了陶瓷涂层的热应力、强度、热腐蚀,断裂韧性和冲蚀磨损。探讨了失效机理,介绍了有关寿命预测模型的研究成果。     

铜基体上制备ZrO2-NiCrAlY梯度喷涂层的组织及其性能

功能梯度涂层能提高涂层与基体问的结合力、耐磨性,以往对铜基体上喷涂功能梯度涂层的研究较少.用等离子喷涂法,在铜基体上制备了zrO2-NiCrAlY梯度涂层.利用扫描电镜对涂层的组织形貌、成分进行了分析,对涂层的结合强度和抗热震性能进行了试验研究,并对试样进行了高温扩散处理.结果表明,梯度涂层设计合理,实现了成分和组织的连续梯度变化;与双层涂层相比,梯度涂层的结合强度和抗热震性有显著提高,涂层的结合以机械结合为主,梯度涂层内部是基体-涂层体系中最薄弱的环节;600℃热处理后,基体与涂层之间出现了扩散层.     

碳纤维增强聚酰亚胺复合材料表面梯度涂层制备与组织性能研究

在碳纤维增强聚酰亚胺基体上设计了Ni-Ni/Cr-WC/Co和PI-Ni/Cr-WC/Co两种表面梯度涂层,并对其进行微观组织分析和抗热震性能测试,结果表明,采用化学镀镍和超音速火焰喷涂复合工艺得到的Ni-Ni/Cr-WC/Co梯度涂层结构较为致密,与基体结合较好,涂层经300次热震后无明显变化;采用超音速火焰喷涂得到的PI-Ni/Cr-WC/Co梯度涂层结构疏松,与基体结合力差,涂层经273次热震后完全脱落.镀镍层与基体能够通过机械力和原子力结合,也可以与镍铬合金层通过冶金结合、机械嵌合结合,同时在缓解涂层应力等方面起到重要作用,从而有效提高了梯度涂层的结合强度.     

超音速火焰喷涂TiB_2-40Ni金属陶瓷涂层及其抗热震性能

热镀锌过程中,锌锅内各零件涂层会受到冷热冲击作用易失效。采用超音速喷涂工艺在不同丙烷流量下,在Q235低碳钢表面制备了3种Ti B_2-40Ni金属陶瓷涂层,通过水淬法测试涂层的抗热震性能。通过扫描电镜分析了3种涂层在不同温度下热震后的表面和截面形貌,研究了涂层的抗热震性能。结果表明:在600℃时,随着热震次数的增加,3种涂层中裂纹扩展均变严重,并且以丙烷流量为30 L/min所得涂层的抗热震性能最差,丙烷流量为36 L/min所得涂层的最好;在800℃热震条件下,3种涂层失效较快,并且在涂层表面形成了较多的交叉裂纹,涂层中裂纹扩展严重,导致涂层与基体界面处出现腐蚀现象。     

超音速火焰喷涂WC涂层替代电镀硬铬：疲劳和摩擦磨损性能

以WC涂层在飞机起落架的应用作为研究背景,对300 M超高强钢基体上电镀硬铬和超音速火焰喷涂WC-17Co和WC-10C04Cr涂层的疲劳及与Al-Ni-Bronze合金的摩擦磨损性能进行了研究.结果表明,有WC涂层300 M钢的疲劳寿命与无涂层300 M钢的疲劳极限和过载下的疲劳寿命相当,WC涂层对300 M钢的疲劳寿命不会产生不良影响;而电镀硬铬使300 M钢的疲劳极限降低120 MPa,疲劳寿命则降低70%～90%.疲劳失效分析表明,WC涂层中的疲劳裂纹在界面上发生偏斜,转向沿界面扩展,因此对基体的疲劳寿命没有影响;而电镀硬铬中的的疲劳裂纹扩展到基体表面,显著降低基体的疲劳寿命.10#航空液压油润滑下涂层与Al-Ni-Bronze合金的摩擦磨损表明,与电镀硬铬对磨时,Al-Ni-Bronze合金发生明显的磨损.同时因质量转移而导致电镀硬铬的质量显著增加;而WC涂层仅略有失重,相应地Al-Ni-Bronze合金的失重仅为与电镀硬铬层磨损失重的1/50～1/100.WC涂层与Al-Ni-Bronze合金的磨损机理主要为磨粒磨损;电镀硬铬与Al-Ni-Bronze合金的磨损机理主要为黏着磨损.