热障涂层演变、失效理论及模型建立研究进展

目的 热障涂层(Thermal Barrier Coatings, TBCs)是用于保护热端部件的功能性涂层,但在复杂工况的影响下易于呈现提前破坏和过早失效的特点。以应用最广泛的钇稳定氧化锆(YSZ)双层热障涂层系统为例,阐述其服役过程中的结构和性能演变,分析失效机理,总结寿命预测模型并介绍相关模拟技术。方法 分别对经历不同条件高温氧化实验后的热障涂层开展元素渗透引起的界面微观结构变化、随反应进行发生的界面宏观结构变化以及高温引起的涂层本征性能变化分析,并且基于多种热力学实验结论和断裂力学、损伤力学等理论,结合有限元模拟手段,研究涂层内部结构变化过程,选用不同种类的标准有限元模型,建立条件选择方法以及典型的动态模拟扩展技术,观察裂纹导致涂层断裂等过程。结果 总结了目前常用的唯象寿命模型、断裂力学模型和损伤力学模型等失效寿命理论模型,提出相关失效评价方法。结论 随着航空发动机效率的不断提高,热障涂层必须面对更高的进气温度和更严峻、更复杂的工况,需要进一步丰富失效理论、完善失效寿命模型、仿真手段和相应数据库,同时其在开发新材料、新结构、新工艺、涂层组织纳米化等方面也有很大的研究和发展空间。     

Q235碳钢表面SiO2/PDMS超疏水涂层的制备及防腐性能研究

目的 提高Q235碳钢的耐腐蚀性能。方法 在Q235表面先提拉聚二甲基硅氧烷(PDMS),预固化后再次提拉含疏水气相二氧化硅的PDMS分散液,完全固化后在Q235表面构建一个SiO2/PDMS超疏水涂层。通过扫描电镜、激光共聚焦显微镜、能谱、接触角、砂纸磨损、划格试验对涂层的形貌、结构和表面性质进行分析;采用电化学工作站对涂层的耐腐蚀性和耐久性进行评价。结果 SiO2纳米粒子被镶嵌在PDMS中,在Q235表面形成了一种微纳粗糙结构,平均粗糙度为2.2 μm;涂层表面能仅为5.6 mJ/m²,接触角为152.6°;涂层机械稳定性和结合力优异,砂纸磨损15个周期及划格试验30个周期后,仍保持超疏水。电化学研究表明,在Q235表面引入SiO2/PDMS后,阻抗提升了2个数量级,电容降低了6个数量级;腐蚀电位正向移动了0.419 2 V,腐蚀电流密度降低了3个数量级;涂层对Q235的防腐效率高达99.8%,呈现出优异的耐腐蚀性。在腐蚀液中浸泡一周后,SiO2/PDMS涂层仍保持超疏水和优异的耐腐蚀性,表明涂层耐久性良好。结论 以PDMS为疏水层,纳米SiO2为填料构筑粗糙表面,通过条件控制实现防腐底层和超疏水表层间的界面融合,从而引入稳定的SiO2/PDMS超疏水涂层,提高了Q235的耐腐蚀性和耐久性。本研究为在金属表面构筑稳定的超疏水涂层提供了一种方法,有望拓展金属在恶劣环境中的应用。     

溶蚀型海洋防污涂料制备及其性能

目的 合成具有溶蚀性能的丙烯酸基体树脂,用该树脂制备中期效短期效溶蚀型海洋防污涂料。方法 自由基聚合法合成具有溶蚀性能的丙烯酸基体树脂,用该基体树脂配以市场价格较便宜性价比较高的有机类防污剂代森锌、吡啶硫酮锌、敌草隆等,颜填料,助剂等制备溶蚀型海洋防污涂料。通过实海挂板试验、耐淡水浸泡测试、涂层微观样貌对涂层进行表征。结果 丙烯酸基体树脂聚合物的数均分子量控制在25 000左右较为合适,即聚合反应温度控制在110 ℃,引发剂用量为4份时较为合适。羧酸单体的含量为25%~30%时,基体树脂具有较好的溶蚀性能。制备的溶蚀型防污涂料经24个月实海挂板试验验证,具有优异的防污期效,经过12个月淡水浸泡,涂层不起泡、不脱落。防污涂层表面微观样貌表征,基体树脂的溶蚀性能,防污剂溶出后,涂层表面粗糙度增大,表面留有孔洞。结论 该溶蚀型防污涂料具有优异的防污性能,能够防止海洋附着生物对船底和其他海洋设施的污损,可适用于中小型渔船对短期效海洋污损防护需求。     

Na2WO4含量对镁合金微弧氧化膜层颜色和耐蚀性的影响

目的 研究电解液中的Na2WO4含量对AZ31B镁合金微弧氧化膜层的形成过程、颜色、微观结构、耐蚀性能的影响。方法 通过添加不同含量的NH4VO3和Na2WO4的碱性铝酸盐电解液体系,在AZ31B镁合金表面制备黑色的微弧氧化膜层。采用SEM、EDS分析加入不同含量的Na2WO4后膜层表面的微观形貌及元素组成,采用XRD分析物相组成,通过电化学实验表征膜层的耐腐蚀性能。结果 随着Na2WO4含量的增加,微弧氧化过程中的起弧电压下降,膜层的致密性提高,厚度呈先增加后减小的趋势。当Na2WO4的质量浓度为0.5 g/L时,膜层的厚度最大,且此时膜层表面微孔分布均匀,色度最低,耐蚀性最好,自腐蚀电位为−0.138 V,自腐蚀电流密度为2.36×10⁻⁷ A/cm²,相较于基体降低了3个数量级。结论 增加Na2WO4含量会使微弧氧化成膜过程中的电弧发生变化,适当增加Na2WO4会提高膜层的厚度,降低膜层的CIE色度,使陶瓷膜层表面的微孔分布得更加均匀致密,从而提高膜层的耐蚀性能。当Na2WO4含量过高时,会使膜层的离子浓度升高,电阻增大,介电击穿电压上升,导致膜层表面被烧蚀,耐腐蚀性能降低。     

AZ系镁合金化学镀镍的初始沉积机理研究

采用金相观察、XRD、SEM、EDS等实验方法,研究了铸态和固溶态AZ系镁合金化学镀Ni—P合金的初始沉积特点。结果表明,镀层初始沉积最先是电化学机制占主导地位,然后是次磷酸盐的还原作用机制和电化学机制并存,最后逐步过渡到以次磷酸盐的还原作用机制占主导地位。同时基体成分和组织影响着镀层的初始沉积机制和沉积速度。     

Microchemical and microstructural studies in a PTA weld overlay of Ni-Cr-Si-B alloy on AISI 304L stainless steel

Ni-Cr-Si-B alloy coatings deposited on AISI 304L stainless steel substrate using plasma transferred arc welding process were studied with respect to the microchemical and microstructural modifications that take place during the process. The coating was characterized for (1) interface integrity and dilution (2) type, morphology and distribution of secondary phases in the coating (3) elemental redistribution between substrate and coating and (4) different phases that form during the deposition process. Formation of a transition zone of only 760 μm width was understood in terms of interdiffusion of Fe and Ni across the interface. Preferential redistribution of carbon to the surface of the coating was observed. It was explained on the basis of difference in thermodynamic activity. Apart from γ-Ni solid solution, the other primary phases identified in Ni-Cr-Si-B alloy were Cr₂B, Cr₇C₃ and Cr₃C₂. The observed changes in microstructure, microchemistry and hardness have been understood based on the phase transitions of the Ni rich alloy during solidification and cooling on the substrate.     

Improved microhardness and wear resistance of the as-deposited electroless Ni-P coating

The coatings with different phosphorus contents were obtained by varying the ratio of lactic acid to acetic acid in the electroless plating bath. With the increase of phosphorus content, the structure of the electroless Ni-P coating transformed from nanocrystalline to a mixture of nanocrystalline and amorphous phases, then to amorphous phase. A record high hardness value of 910 HV_0.1 of as-deposited Ni-P coating was obtained at 7.97 at.% phosphorus content, and high wear resistance was accordingly achieved. The refined nanocrystalline grains with an average size of ~ 4 nm were found to be responsible for the record high hardness and improved wear resistance of the as-deposited Ni-P coating.     

零件表面可剥离封存薄膜技术的发展概况

综述了零件表面可剥离封存薄膜材料的国内外发展及应用情况,介绍了涂层的特点及性能研究方法,并对可剥离层腐封存技术的发展趋势进行了展望。     

铝金属基复合材料表面稀土转化膜

介绍了铝金属基复合材料的发展情况及存在的腐蚀问题,详细评述了铝金属基复合材料表面稀土转化膜在国内外的研究进展及现状,对未来这一技术的发展提出了展望。     

水溶性自干醇酸树脂的制备及性能研究

以亚油酸、苯甲酸、邻苯二甲酸酐(PA)、间苯二甲酸(IPA)、2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)、季戊四醇、三羟甲基丙烷(TMP)等原料制得水溶性自干醇酸树脂及涂料。研究了工艺条件、多元醇的选择、多元酸的选择、羟基值的控制对涂膜性能的影响。采用红外光谱(IR)、扫描电子显微镜(SEM)、接触角测试仪对产物进行了表征。