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.     

常规和纳米ZrO_2-7%Y_2O_3等离子喷涂热障层及其激光重熔后的抗热震性能

为了探讨激光重熔对等离子喷涂常规和纳米热障涂层(TBCs)的影响,采用等离子喷涂工艺在γ-TiAl合金表面制备了常规和纳米ZrO2-7%Y2O3TBCs,并对其进行激光重熔处理,研究了等离子喷涂常规TBCs、激光重熔-等离子喷涂常规TBCs、等离子喷涂纳米TBCs及激光重熔-等离子喷涂纳米TBCs 4种涂层在850℃下的抗热震性能。结果表明:4种TBCs热震失效次数依次为73,118,146,163次,相应的热震破坏形式分别为整体剥落、局部剥落、边角剥落和局部剥落;纳米结构有利于提高涂层的抗热震性能;激光重熔在一定程度上改善了等离子喷涂层的抗热震性能。     

液相等离子喷涂制备纳米ZrO2/Y2O3涂层的研究

传统的喷涂技术制备的ZrO2/Y2O3涂层存在原料需团聚烧结致密,纳米晶粒不定和物理性能不佳等缺点.采用一种新型的液相等离子喷涂法制备了纳米氧化锆热障涂层,初步分析了液相前驱体液滴在等离子焰流中和基体表面的沉积变化过程,研究了雾化液滴尺寸对纳米氧化锆涂层的显微结构,特别是其相结构的影响;同时分析了纳米氧化锆涂层的抗热震循环性能.结果表明,纳米氧化锆涂层可以承受1 000多次的热循环试验,具有优良的抗热震性能.     

纳米Si3N4和喂料等离子处理对等离子喷涂Al2O3-YSZ涂层抗热震性能的影响

Si3N4可以提高Al2O3-ZrO2涂层的力学性能和抗氧化性能,但其对Al2O3-YSZ(Y2O3部分稳定的ZrO2)抗热震性能的影响未见报道.采用等离子喷涂的方法在304不锈钢表面制备了Al2O3-YSZ涂层.在喂料制备过程中加入纳米Si3N4,然后对添加和未添加纳米Si3N4的喂料进行等离子处理,研究纳米Si3N4和喂料等离子处理对涂层在800℃和1 000℃下抗热震性能的影响.采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了涂层热震试验前后的形貌及物相的变化.结果表明:喂料添加纳米Si3N4和等离子处理的综合作用显著地提高了涂层的抗热震性能;与喂料未添加纳米Si3N4且未经等离子处理的涂层相比,喂料添加纳米Si3N4且经等离子处理的涂层在800℃和1 000℃条件下的抗热震寿命分别提高了0.7倍和1.1倍;热震过程中涂层发生了α-Al2O3到γ-Al2O3的相变;在1 000℃下热震,涂层中形成了较宽的裂纹,涂层抗热震性能明显下降.     

悬浮液等离子喷涂制备的热障涂层微观结构和性能

以纳米8wt.%Y2O3-ZrO2(YSZ)粉末为原料制备悬浮液,并将悬浮液喂料进行等离子喷涂制备热障涂层.采用XRD,SEM分析涂层的相组成与显微组织.结果表明:涂层中的晶粒保持在纳米尺度,涂层的相结构稳定.涂层表面覆盖着致密的扁平粒子组织,扁平粒子的平均等效直径为1.7 um,厚度均处在纳米尺寸.涂层内部为非层状结构,分布有大量的孔隙.这些组织和结构使得涂层具有优良的抗热震性能.     

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.     

常规和纳米陶瓷等离子喷涂层抗冲蚀性能的对比

纳米陶瓷具有高韧性和超塑性等独特的性能,用于制备涂层可极大地提高其耐冲蚀性能.以常规和纳米团聚体Al2O3-13%TiO2(质量分数)陶瓷粉末为原料,采用等离子喷涂工艺在TiAl合金表面制备了2种陶瓷涂层.比较了2种涂层的微观结构、结合强度和抗冲蚀性能,探讨了涂层的冲蚀破坏机理.结果表明:常规涂层呈典型的层状堆积特征,...     

热喷涂纳米结构涂层技术的研究进展

与传统材料的热喷涂涂层相比,纳米结构涂层在力学和摩擦学等方面的性能有了一定的提高.作者综述了国内外在应用热喷涂技术制备纳米结构涂层方面的研究进展.介绍了纳米结构喂料的制备、热喷涂纳米结构涂层的构筑方法、涂层的特殊性能以及应用情况.从目前国内外的情况来看,热喷涂纳米结构涂层技术的研究取得了较大的进展.随着技术、工艺的不断完善,其必将在很多领域取代传统的涂层.     

HVOF喷涂纳米WC-17Co涂层组织结构及力学行为研究

利用超音速火焰喷涂(HVOF)技术制备了普通、超细纳米WC-17Co涂层.研究了喷涂粉末、涂层的微观组织结构和物相成分,测试了涂层的显微硬度、弹性模量、断裂韧性.研究表明,纳米WC-17Co涂层中形成了纳米尺度的胞状结构和长条状结构,并有网状的非晶结构生成.WC-17Co涂层表面均匀致密,3种涂层均是由熔化再结晶区、半熔化区和未熔化区等构成.涂层中条带结构不明显,明显区别于等离子涂层.纳米涂层组织结构更致密,碳化物颗粒分布更均匀.3种涂层中,WC都是主相,W2C、Co6W6C的含量很少.纳米涂层的显微硬度、弹性模量、断裂韧性最高.     

纳米二氧化锆厚梯度热障涂层性能研究

采用普通等离子喷涂的方法制备了3种不同的梯度热障涂层,并对其性能进行了研究,结果表明:采用纳米氧化锆可以在不影响涂层结合强度的情况下大大提高涂层抗热震性能.     

Influence of feedstock and spraying parameters on the depositing efficiency and microhardness of plasma-sprayed zirconia coatings

In this work, nanostructured and conventional zirconia coatings were deposited by atmospheric air plasma spraying (APS) under different spraying conditions using spray-dried nanostructured powders and conventional powders as feedstocks, respectively. The microstructures of the feedstocks were characterized by TEM and SEM. The depositing efficiencies for both nanostructured and conventional zirconia coatings deposited under different spraying parameters were comparatively measured. The obtained results revealed that the spray-dried nanostructured powders possessed higher deposition efficiency than that of conventional powders. It is significant from economic view of reducing cost. In addition, the influence of spraying parameters on microstructure and microhardness of zirconia coatings were discussed also. It was found that the microhardness of nanostructured zirconia coatings was larger than that of its counterparts.     

Influence of Annealing on the Grain Growth and Thermal Diffusivity of Nanostructured YSZ Thermal Barrier Coating

The nanostructured zirconia coatings were deposited by atmospherically plasma spraying. Scanning electron microscopy （SEM）, transmission electron microscopy （TEM） and X-ray diffraction were used to investigate the microstructure of the zirconia coatings. Thermal diffusivity values at normal temperatures have been evaluated by laser flash technique. Effect of annealing on the microstructure evolution of the zirconia coating has been performed. The grains and thermal diffusivity are increased with increasing annealing time and temperature. The grain growth is according to the GRIGC （the grain rotation induced grain coalescence） mechanism. The increase in thermal diffusivity is attributed to the grain growth and the decrease in porosity of nanostructured zirconia coatings.     

纳米ZrO2等离子涂层的结构,性能和工艺特点

采用大气等离子喷涂技术(APS)，制备了常规氧化锆和纳米结构氧化锆两种涂层．利用扫描电镜(SEM)对涂层的显微结构进行了观察．对两种涂层的沉积效率、表面粗糙度和显微硬度作了对比研究．结果表明，粉末原料的显微结构、粒度、形态、喷涂工艺参数(喷涂功率和距离)对涂层的显微结构有较大的影响．等离子喷涂造粒纳米氧化锆粉制备的涂层沉积效率高而稳定，其显微结构与喷涂功率和距离密切相关．与常规氧化锆涂层相比，纳米结构氧化锆涂层具有较高的显微硬度和较低的表面粗糙度．     

Microstructure and indentation mechanical properties of plasma sprayed nano-bimodal and conventional ZrO2–8wt%Y2O3 thermal barrier coatings

The nanostructured agglomerated feedstock used for plasma spraying was obtained by the nanoparticle reconstituting technique. Nanostructured and conventional ZrO₂–8wt%Y₂O₃ (8YSZ) thermal barrier coatings (TBCs) have been prepared by atmospheric plasma spraying (APS) on 45# steel substrates with the NiCrAlY as the bond-layer. The microstructure and phase composition of feedstocks and corresponding coatings were characterized. The top layer of nanostructured 8YSZ TBCs is denser and has fewer defects than that of conventional TBCs. The elastic modulus, micro-hardness and Vickers hardness of nanostructured 8YSZ TBCs exhibit bimodal distribution while the conventional 8YSZ exhibit mono-modal distribution. The elastic modulus and elastic recoverability were also obtained by the nanoindentation test. The results indicate that the elastic modulus of nanostructured 8YSZ coating is lower than that of conventional 8YSZ coating, but the nanostructured 8YSZ coating has higher elastic recoverability than that of the conventional 8YSZ coating. The prediction of the average elastic modulus was established by the mixture law and weibull distribution according to the fraction of phases with different molten characteristic.     

超音速火焰喷涂纳米结构WC—Co涂层研究进展

WC—Co纳米结构涂层具有很多优点,主要表现在其结合强度、硬度、韧性和耐磨性能均优于传统材料的涂层,因此备受研究者关注。然而,由于WC的热稳定性比较差,以致制备的涂层的性能下降。超音速火焰技术由于低温高速的特点,喷涂的WC--Co涂层具有良好的涂层性能,为制备纳米结构涂层开辟了新途径。结合国内外文献,阐述了纳米结构WC—Co涂层的形成与机理,总结了纳米涂层制备中存在的问题,重点概述了超音速火焰喷涂纳米结构WC—Co涂层的研究现状和发展趋势,并对其应用和发展前景作了展望。     

YPSZ纳米结构热喷涂粉末材料工艺优化研究

热等离子体喷涂制备YPSZ纳米结构涂层必须首先进行YPSZ纳米结构粉末材料的研究.本文采用浆料分散、喷雾干燥、热处理的方法制备适于热等离子体喷涂纳米结构涂层的球形、致密YPSZ纳米结构粉末材料.测定浆料的粘度、沉降高度曲线表征浆料的均匀性和稳定性,利用扫描电子显微镜、x射线衍射分析对粉末材料的微观组织及相结构进行分析,利用热重/差热分析对热处理工艺过程进行分析.结果表明:采用优化的工艺成功制备出球形、结构均匀、致密的YPSZ纳米结构粉末材料,适于热喷涂制备YPSZ纳米结构涂层.     

磨削加工对纳米结构陶瓷涂层耐磨性能的影响

对磨削加工后的纳米结构陶瓷涂层进行磨损性能试验.磨损试验首先对纳米结构陶瓷涂层Al2O3/13TiO2的圆柱形工件进行外圆磨削加工,然后将各种不同条件下磨削加工后的圆柱工件装夹到立式铣床的主轴上,进行定速、定载荷的磨损性能试验.磨损性能试验时,圆柱工件在旋转的同时与往复运动的长方形氮化硅陶瓷棒进行滑擦,在其圆柱表面形成磨损沟槽.使用扫描电子显微镜和表面轮廓仪对纳米陶瓷涂层的磨损沟槽进行观察与评定,并与传统陶瓷涂层的磨损沟槽进行对比与分析.为进一步揭示纳米陶瓷涂层的磨损机理,使用有限元法对接触区的应力场进行模拟,并分析纳米陶瓷涂层裂纹的形成与扩展.讨论了磨削工艺参数以及涂层晶粒大小对纳米结构陶瓷涂层耐磨损性能的影响.     

纳米Ni60-TiB2复合涂层的超音速火焰喷涂制备及600℃循环氧化特性

采用超音速火焰喷涂技术在45#钢基体表面制备纳米Ni60-TiB2复合涂层,研究了纳米和常规微米Ni60-TiB2复合涂层在静态大气环境下600℃的循环氧化行为。结果表明：纳米Ni60-TiB2涂层具有晶粒纳米化和微观组织均匀化的特点,其氧化膜由完整连续SiO2膜构成,在其上均匀地分布着细小的TiO_2颗粒和B_2O_...