TiAl/BN复合封严涂层的耐腐蚀性能研究

本研究采用大气等离子与真空等离子喷涂技术制备了Al/BN、TiAl/BN两种金属和陶瓷复合型多孔涂层,用于航空发动机压气机部位的叶尖可磨耗封严。通过电化学测试和盐雾腐蚀实验对两种涂层的盐雾腐蚀性能进行了研究。结果表明,TiAl/BN涂层的腐蚀电位明显高于Al/BN涂层(约450mV)。同时,在极化曲线测试过程中发现TiAl/BN涂层出现了明显的钝化现象。经过960h标准盐雾腐蚀试验后,发现Al/BN涂层发生了较严重的腐蚀,而TiAl/BN涂层仅发生轻微的腐蚀。腐蚀后涂层的XRD分析表明,TiAl/BN涂层的腐蚀产物主要为Al(OH)3和AlO,没有发现Ti的腐蚀产物。TiAl/BN复合涂层中形成的TiAl合金是该涂层比Al/BN涂层更耐中性盐雾腐蚀的原因。     

一种等离子喷涂Al/BN封严涂层

通过进行Al/BN面层粉末、NiAlW合金底层粉末喷涂工艺试验,确定了Al/BN及NiAlW粉末的化学成分和粒度分布,使其适合大气等离子喷涂的工艺要求,并制备出Al/BN可磨耗封严涂层。该涂层结合强度和布氏硬度适中,450℃耐热震性能良好,且在300小时以内组织稳定。销盘摩擦磨损试验结果表明,在室温下,涂层刮削性好,没有对GH2150变形高温合金摩擦销造成明显损伤;在450℃下,未对ВТ18У钛合金和GH2150摩擦销合金造成明显的磨损损伤,但其耐磨损性能有所下降。     

不同复合形式对AlSi／BN粉末及其涂层组织性能的影响

本文通过对两种组元的粒度设计,制备出BN与AlSii团聚、BN包裹AlSi、AlSi包裹BN三种形态的AlSi／BN复合粉末,通过大气等离子喷涂制备AlSi／BN可磨耗封严涂层,对粉末及涂层组织性能的研究结果表明,BN与AlSi团聚复合粉末涂层的BN含量最高,热稳定性最好。AlSi包裹BN复合粉末形成的涂层具有最高的硬度,其BN的损失特性为烧损和冲击型损失。     

等离子喷涂镍基封严涂层热性能的研究

研究了镍基可磨耗封严涂层的抗热性能。采用等离子喷涂工艺喷涂镍基复合粉末,并对喷涂后涂层的抗热性能进行研究。结果表明,采用等离子喷涂制备的镍基封严涂层经过500℃不同时间热处理试验,涂层的硬度及显微组织仍能满足涂层的使用要求,涂层的抗热性能良好。     

等离子喷涂Al/BN涂层工艺研究

采用正交实验设计方法研究了等离子喷涂Al/BN涂层过程中涂层硬度、化学成分与等离子喷涂参数之间的响应关系,利用建立的响应公式,通过排列组合,优选出最佳工艺参数,并进行了验证。在实验参数区间内:涂层布氏硬度与氩气流量、氢气流量及电流成正比,与喷涂距离及送粉速率成反比;BN含量与氩气流量、氢气流量、电流、送粉速率及喷涂距离成反比;SiO2含量与氩气流量、氢气流量、电流成正比,与送粉速率和喷涂距离成反比。在最优工艺参数范围下:获得的涂层硬度压痕直径在5.5~6.1之间,涂层结合强度均值≥4.0MPa,涂层经100小时,450℃热处理后的硬度值在5.5~6.2之间,制备的涂层能满足航空发动机长期使用需求。     

酸性盐雾腐蚀环境下镍铜/氮化硼涂层可磨耗性能研究

为研究镍铜/氮化硼封严涂层在海洋环境下的腐蚀行为及腐蚀对涂层性能的影响。本文采用等离子喷涂在TC4基体上制备NiAl底层和NiCu-BN面层,并对涂层进行酸性盐雾腐蚀和可磨耗试验,通过XRD和SEM对涂层物相和微观结构进行表征。结果表明：NiCu-BN涂层经过192h酸性盐雾腐蚀后,在腐蚀层下方形成厚度约为100μm的腐蚀致密区,在致密区内部几乎不存在孔洞。腐蚀层表面腐蚀产物主要微NaCuO2和Cu64O。喷涂态涂层的平均IDR值为9.76±0.35%,而腐蚀态涂层的平均IDR值则为13.01±1.6%,说明酸性盐雾腐蚀将降低涂层的可磨耗性能,涂层的磨损机制由塑性变形磨损转变为塑性变形磨损与黏着磨损混合磨损。     

不同粘结剂制备的铝硅氮化硼复合粉末材料及封严涂层性能研究

本文对比分析了三种不同粘结剂制备的铝硅氮化硼复合粉末材料及封严涂层的组织性能,结果表明:以B3为粘结剂时,铝硅氮化硼复合粉末材料的形貌和性能较优,等离子喷涂过程的沉积效率最高,由此制备的封严涂层组织均匀,硬度和结合强度匹配最好,在450℃下抗热震性能和热稳定性能良好。     

等离子喷涂NiCrAlYSi基封严涂层的性能研究

采用大气等离子喷涂方法制备NiCrAlYSi基封严涂层,涂层采用聚苯酯为造孔剂,氟化物为自润滑相。研究发现,随着聚苯酯的含量增加,涂层孔隙率增加,硬度下降。喷涂参数(喷涂距离,喷涂功率)对涂层的硬度亦有较大影响,随着喷涂参数的改变,喷涂过程中聚苯酯的氧化程度各异,从而影响了涂层中的孔隙率,进而导致涂层硬度的变化。因此,通过调控喷涂参数和聚苯酯含量,可以达到对涂层孔隙率及硬度的控制。1000℃至室温热震试验结果表明:涂层具有良好的抗热冲击性能,且气孔率高的涂层抗热冲击性能更加优异。     

酸性盐雾腐蚀对铝硅聚苯酯可磨耗封严涂层组织结构与力学性能影响研究

为研究铝硅聚苯酯（AlSi-PHB）可磨耗封严涂层在海洋环境下的腐蚀行为及腐蚀对涂层性能的影响,在TC4基体上利用等离子喷涂技术制备AlSi-PHB涂层可磨耗封严涂层,利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等测试方法,开展192 h酸性盐雾试验、硬度试验、结合强度试验,对涂层腐蚀前后的腐蚀形貌及腐蚀机理、涂层结合强度和硬度的变化进行研究。结果表明,经酸性盐雾试验后,涂层表面结构被完全破坏,涂层内部出现了较大的横向裂纹及腐蚀区域,主要腐蚀产物为Al(OH)3。涂层内部孔隙的存在为腐蚀行为发生提供了场所,腐蚀介质Cl-通过孔隙侵入到涂层的内部,在“闭塞电池”的作用下,涂层内部发生更加剧烈的腐蚀。腐蚀前后,涂层的平均硬度从(65.2±10.7) HR15Y下降到(59.6±8.5) HR15Y,平均结合强度从(11.3±1.1) MPa下降到(1.7±0.6) MPa,对涂层服役可靠性产生了影响。     

插套用导电CuSn合金耐腐蚀性能提升研究

用半连续铸造法制备5种合金。通过力学性能测试、盐雾腐蚀失重实验和直观颜色对比,优化出新耐腐蚀插套用导电CuSn合金成分。结果表明,若考虑综合力学性能、电性能、中性盐雾腐蚀失重率、制造成本等因素,合金成分控制范围为(质量分数)：Sn为0.8%～1.2%、Ni为0.8%～1.2%、Al为0.4%～0.6%、Zn为0.5%、Si为0.15%、Zr为0.05%,其余是Cu和不可避免的杂质元素。     

NiAl／BN可磨耗封严涂层摩擦磨损性能研究

利用大气等离子喷涂技术制备NiAl／BN可磨耗封严涂层,采用可模拟可磨耗封严涂层工况的高速／高温摩擦磨损试验机研究了涂层在650℃下的摩擦磨损性能,探究了涂层磨损机理。结果表明,涂层硬度对NiAl／BN封严涂层与K24镍基高温合金叶片间的摩擦系数、涂层磨损量和磨损机理均有明显影响。摩擦系数随涂层硬度增大而增大;涂层磨损量随硬度增大而减小;当硬度为35HR15y和45HR15y时,涂层磨损机理为切削、涂抹、摩擦氧化,当硬度为55HR15y时,涂层磨损机理为涂抹和摩擦氧化。     

可磨耗封严涂层的摩擦磨损和抗冲蚀性能

可磨耗封严涂层在航空发动机中应用广泛,本文对Ni／石墨、AlSi／石墨、Ni／h-BN和AlSi／h-BN涂层的摩擦磨损性能和抗冲蚀性能进行了研究。结果表明：非金属相对涂层的摩擦磨损性能起决定性作用,以石墨为造孔填充相的涂层具有低的摩擦系数和优良的摩擦磨损性能。涂层的抗冲蚀性能取决于涂层的金属相,在冲蚀试验中,AlSi／石墨和AlSi／h-BN涂层在比Ni／石墨和Ni／h-BN涂层表现优异。     

喷涂工艺参数对铝硅氮化硼封严涂层组织及性能的影响

采用大气等离子喷涂方法制备了铝硅氮化硼封严涂层,通过对涂层显微结构、硬度、结合强度和飞行粒子状态的研究,分析了喷涂工艺参数(功率22～34kW、送粉量30～50g/min及喷涂距离90～150mm)的变化对涂层组织和性能的影响规律。研究结果表明:随着功率的增加,飞行粒子温度和速度均增加,涂层的孔隙率和BN含量降低,硬度和结合强度提高;随送粉量增加,粒子温度和速度均减小,涂层孔隙率和BN含量增加,硬度和结合强度降低;随着喷涂距离的增加,粒子飞行速度降低的影响大于温度升高的影响,导致涂层孔隙率和BN含量提高,硬度和结合强度降低。     

酸性盐雾腐蚀后镍硅氮化硼涂层的可磨耗性能转变研究

采用大气等离子喷涂制备镍硅氮化硼（NiSi-BN）可磨耗封严涂层并进行酸性盐雾192 h腐蚀处理。对腐蚀前后涂层的组织结构、硬度、结合强度进行分析。采用高温超高速可磨耗试验机研究腐蚀前后的涂层在650 ℃下与GH4169叶片的可磨耗刮削行为的差异性。研究结果表明：酸性盐雾腐蚀后NiSi-BN涂层的平均硬度由(11.9±0.40) HBW升高为(18.2±1.7) HBW,平均结合强度为变化不大,为(6.7±1.5) MPa,IDR值由腐蚀前10.77%±0.74%升高至26.70%±4.60%,酸性盐雾腐蚀192 h后NiSi-BN涂层的可磨耗性能出现明显下降。这主要是由于腐蚀区域涂层的硬度较高,造成叶片的磨损高度由腐蚀前的(0.05±0.01) mm增加至腐蚀后的(0.12±0.03) mm,对偶叶片与涂层间的摩擦作用更为剧烈,进而腐蚀态涂层的IDR值出现升高,涂层的可磨耗性能降低。     

热喷涂制备ZnAl涂层防腐性能研究

以锌粉和铝粉为原料,采用热喷涂工艺在A3钢板上制备TJPTZA1、TJPTZA2、TJPTZA3和TJPTZA4涂层.研究了不同涂层以及纯锌、纯铝抵抗海水的腐蚀能力.采用盐雾分析法分析不同涂层的耐腐蚀程度,采用高倍显微镜观察不同腐蚀时间的薄膜表面形貌.结果表明:TJPTZA2、TJPTZA3的耐腐蚀性好于Al和Zn,认为是锌铝合金热喷涂层中的锌铝原子相互作用减缓了氯离子等物质的腐蚀.     

新型铝硅氮化硼复合涂层材料及可磨耗封严涂层的制备和性能研究

本文以铝硅合金粉和六方氮化硼为原材料,添加粘结剂,采用机械包覆工艺制备了铝硅氮化硼复合粉末;采用大气等离子喷涂工艺制备了可磨耗封严涂层,并对涂层的显微组织、表面硬度、结合强度和抗热震性能进行了研究.研究表明,该复合粉末材料具有良好的喷涂工艺适应性,能有效避免氮化硼组分在喷涂过程中的烧损,喷涂后涂层的各项性能良好,可以满足发动机对工作温度≤450℃的封严涂层的使用要求.     

可磨耗封严涂层发展及应用

论述了可磨耗封严涂层的应用特点、国内外现阶段涂层的发展,以及涂层的性能测试方法。其中重点列举了几种可磨耗封严涂层的使用条件及应用部位。