纳米氧化锆热障涂层高温性能演变研究

采用大气等离子喷涂技术制备了纳米氧化锆热障涂层。利用FESEM、XRD和拉曼光谱开展了纳米氧化锆热障涂层的微观组织和物相组成的高温演变研究。微观组织分析结果表明,纳米氧化锆热障涂层始终保持着独特的“纳米-微米”双态结构,而其中纳米晶粒大小随着服役温度和服役时间的增加而增大,但仍保持纳米结构;物相分析结果表明,纳米氧化锆热障涂层主要由非平衡四方相组成,并不随服役环境的变化而变化;而拉曼峰形状及位置的变化则进一步揭示了高温服役环境会造成涂层组织缺陷减少和声子散射降低,从而导致热导率的上升。     

球形复合氧化铬团聚粉末及等离子喷涂涂层性能研究

采用喷雾造粒 - 烧结的方法制备了一种球形复合氧化铬团聚粉末, 利用扫描电子显微镜 (SEM)、 霍尔流速 计和粉末颗粒强度仪对粉末性能进行了表征, 研究了团聚造粒过程中料浆不同粘结剂含量对粉末微观组织形貌的 影响以及烧结温度对粉末松装密度、 流动性及颗粒强度的影响。 采用大气等离子喷涂 (APS) 工艺制备了复合氧化 铬涂层, 并对涂层的微观组织、 显微硬度及涂层结合强度等力学性能进行研究。 研究结果表明： 适量的增加料浆 粘结剂含量, 粉末球形度变好, 粘结剂含量过高时, 粉末球形度变差, 当粘结剂含量为 8% 时粉末具有较好的球 形度; 随着烧结温度的升高粉末松装密度先降低后升高, 粉末流动时间先变长后变短, 粉末流动性先变差再变优, 当烧结温度达到 1300 ℃以上时, 粉末不具有流动性; 随着烧结温度的升高粉末颗粒强度逐渐升高; 该粉末经过 大气等离子喷涂沉积形成的复合氧化铬涂层孔隙率为 2.3%、 结合强度均值达到 39.74 MPa, 涂层平均显微硬度为 1197.6 HV0.3。     

新型氧化钇粉末及高纯致密氧化钇涂层的大气等离子喷涂制备

目前采用粉末原料通过等离子喷涂制备的最先进高纯氧化钇涂层的孔隙率通常为3%~5%。这种孔隙率的涂层在严重的腐蚀和侵蚀条件下会释放非常细小的颗粒。高纯氧化钇涂层主要应用于半导体领域,如,干法刻蚀腔室的抗冲蚀保护涂层(含氟和氯的等离子体),并且这些应用的需求条件也越来越严苛。当暴露于这种腐蚀性和侵蚀性气氛中时,涂层的致密度越高,它的耐侵蚀性就越强。侵蚀速率和细颗粒释放的降低将减少维护频率,从而提高生产效率。最近有文献报道通过悬浮液等离子喷涂(SPS)技术制备致密度更高的涂层,但这种新兴的工艺对制备技术提出了更高的挑战,如需要应对非常高的热通量和处理悬浮液作为原料来使用,增加了偏差的风险。本文开发了一种新的高纯氧化钇粉末,采用传统的大气等离子喷涂(APS)这种粉末能制备致密度范围与SPS技术相同的涂层。通过对粉末中颗粒致密度分布的调整和其狭窄精细粒度分布的微调得到一种独特的粉末材料来制备高质量的涂层。相比于通常报道的团聚和烧结粉末,采用Saint-Gobain ProPlasma HP等离子喷枪喷涂这种粉末显著降低了涂层的孔隙率,提高了沉积效率。     

铈锆酸镧涂层高温时效行为和热震性能研究

采用等离子喷涂制备了铈锆酸镧涂层,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、图像分析法等研究了喷涂功率对沉积态涂层表面和截面微观结构、孔隙率等的影响规律,研究了涂层在1200℃、1300℃高温100h时效下相稳定性、微观结构、孔隙率的变化,比较了不同喷涂功率涂层的抗热震性能。研究结果表明:随着等离子喷涂功率的增加,喷涂过程中半熔融颗粒比例减小,涂层的孔隙率减小。涂层经1200℃、1300℃高温保温100 h后仍然具有单一的烧绿石结构,随着热处理温度升高,涂层孔隙率减小。研究了不同功率喷涂的涂层从1250℃到冷水中的热震行为,失效机制分析表明:陶瓷层与粘结层热应力不匹配造成陶瓷层底部产生裂纹是导致涂层失效的主要方式。     

氧化铈稳定纳米氧化锆高温性能的研究

等离子喷涂热障涂层技术广泛应用于航空发动机热端部件的高温防护。应用大气等离子喷涂法成功制备了纳米氧化铈氧化钇稳定的氧化锆(CYSZ)涂层,并与常规氧化钇稳定氧化锆(YSZ)涂层在1300℃下热处理10小时,研究高温对两种涂层性能的影响,与常规的YSZ涂层相比,CeO2的掺杂使涂层具有更高的稳定性。经过高温处理,CYSZ涂层的相结构没有发生明显变化。显微形貌结果表明,CYSZ涂层没有产生裂纹缺陷,涂层中纳米区域晶粒度随着温度的升高略有增大,这表明了纳米结构的CYSZ涂层具有更优异的高温稳定性。热循环氧化实验结果证明,CYSZ涂层具有更长的热循环寿命以及优异的高温抗氧化性能。     

环境障涂层选材研究进展

随着航空发动机向着高效率、 高推重比方向发展, 传统镍基高温合金已经接近其服役温度极限, 新型材 料体系的引入刻不容缓。 陶瓷基复合材料 (Ceramic matrix composites, CMCs) 以其重量轻、 强度高、 高温性质稳 定等特性成为下一代航空发动机热端的理想备选材料。 但在恶劣的服役环境下陶瓷基复合材料面临 CMAS(CaOMgO-Al2O3-SiO2, CMAS) 熔盐冲刷作用和高温水氧腐蚀的威胁, 需要在其表面制备环境障涂层 (Environmental Barrier Coating, EBC) 来提高其抗腐蚀能力。 以硅酸盐为面层的第三代 EBC 体系是目前研究的热点。 本文在总结 EBC 涂层设计要求、 简要介绍前两代 EBC 发展历程的基础上详细介绍第三代 EBC 体系的发展现状, 并结合现有 研究报道展望未来 EBC 的发展方向, 为先进航空发动机的选材提供借鉴。     

火焰喷涂用 Al-6Si 丝材热处理工艺及涂层性能研究

采用拉拔的方法制备了火焰喷涂用 Al-6Si 丝材, 研究了中间退火和成品退火温度对铝硅合金性能的影响, 并对铝硅合金丝材涂层性能进行研究, 对退火后铝硅合金坯料抗拉强度和伸长率进行测试, 对退火后的成品铝硅 合金丝金相组织进行了分析表征, 并对自制 Al-6Si 丝材和进口铝硅丝材 (Metco SF Aluminum) 涂层的孔隙率、 显 微硬度、 结合强度及热震性能进行分析比较。 结果表明, 铝硅合金坯料采用 450 ℃退火工艺显著改善了力学性能, 铝硅合金丝材经 400 ℃退火处理, 晶粒均匀。 采用自制 Al-6Si 丝材和进口铝硅丝材喷涂涂层孔隙率、 显微硬度、 结合强度及热震等性能基本相当, 满足封严涂层应用要求。     

热喷涂用镍包覆粉末表面渗铝工艺

采用固体粉末渗铝方法在镍包覆复合粉的镍层中引入铝成分,使其均匀分布。研究了热处理温度、保温时间、保护气氛及所采用的固体铝粉原料对渗入效果的影响。对热渗入之后的粉末进行表面形貌观测,表明采用低氧含量的超细铝粉在氢气保护气氛下进行热处理可使渗入元素分布均匀,粉末表面形貌球形度好,粉末流动性能好。     

NiCrAl/ 膨润土阻燃封严复合涂层的 制备对钛合金基体性能的影响

NiCrAl/膨润土是一种可用于航空发动机的中高温封严涂层材料,同时具有一定的阻燃作用,广泛应用于钛合金部件阻燃涂层。本文采用等离子喷涂和火焰喷涂在Ti40钛合金基体材料上制备了NiCrAl+YSZ+NiCrAl/膨润土复合涂层,厚度为2mm,并研究了复合涂层的热喷涂制备过程对钛合金基材组织和基本力学性能的影响。结果表明,NiCrAl/膨润土复合涂层体系对Ti40钛合金基体的组织和力学性能基本无影响,可采用大气等离子喷涂和火焰喷涂制备复合功能涂层的方法对Ti40合金进行防护。     

热冲击条件下硅酸镱环境障涂层组织演变研究

硅酸镱是重要的环境障涂层 (EBC) 材料, 本文采用等离子喷涂方法制备硅酸镱涂层, 对其进行了热冲击 考核, 包括纯燃气和含钙离子水汽热冲击, 并初步研究了经过热冲击的涂层组织演变行为。 结果表明, 高温下双 硅酸镱相容易发生向单硅酸镱相的转变, 这可能是因为涂层材料和水汽发生了反应。 在 1350 ℃燃气环境下, 涂 层表层发生了明显的烧结现象。 在含钙离子水汽热冲击（加热温度 1250 ℃） 条件下, 硅酸镱涂层表层形成了鼓 泡特征, 同时受到了钙离子腐蚀。 本文通过对涂层显微组织的分析, 提供了可能的组织演变与化学反应机制。