CoCrAlYTaCSi涂层和ZL101铸铝合金的气蚀性能研究

目的对比研究两种材料在RP-3航空煤油和去离子水中的耐气蚀性能,分析材料的气蚀机理以及介质的理化性质对其的影响机制,探讨用去离子水代替航空煤油以便快速筛选航空用耐气蚀材料的可行性。方法采用超音速火焰喷涂技术在铸铝合金(ZL101)表面均匀喷涂CoCrAlYTaCSi涂层。使用X射线衍射仪分析喷涂粉末、涂层和基体材料的物相组成。使用扫描电镜及其自带能谱仪分析材料气蚀前后的形貌以及元素分布。采用纳米压痕仪检测材料的力学性能。使用超声波振动气蚀试验机表征涂层及铸铝合金在航空煤油和去离子水中的气蚀性能。综合考虑两种材料气蚀后的平均侵蚀深度、形貌以及两种液体介质的理化性能,分析相应气蚀机理。结果 CoCrAlYTaCSi涂层主要由AlCo、Al_(80)Cr_(20)、Al_(45)Cr_7等物相组成,且分布均匀;铸铝合金主要由Al和Al_9Si相组成,增强相主要沿晶界分布。涂层的纳米硬度和弹性模量分别约是铸铝的6倍和2倍。气蚀中,铸铝合金晶粒内部的Al最先被损坏,加剧了气蚀进程;而CoCrAlYTaCSi涂层由于物相分布均匀、力学性能优异,所以损坏程度远轻于铸铝合金,在水和航空煤油中的平均侵蚀深度分别仅约为铸铝合金的2%和1%。两种材料在航空煤油中的平均侵蚀深度都比在水中的小。结论 CoCrAlYTaCSi涂层的物相分布均匀,具有较高的致密度、硬度和弹性模量,其在两种介质中均显示出更高的气蚀抵抗力。但材料在两种液体中的气蚀机理并不相同,导致在航空煤油介质中,CoCrAlYTaCSi涂层显示出更加优异的抗气蚀性能。     

基于真实TGO三维结构的热障涂层热应力分析

采用三维X射线显微镜对高温热循环后的双层结构热障涂层样品进行了分辨率0.5μm的高分辨率CT(Computed Tomography)重建,实现了热生长氧化物(Thermally Grown Oxide,TGO)三维结构分割与可视化,建立了基于真实TGO微结构的热障涂层三维有限元模型,研究了蠕变及热循环次数对热障涂层热应力的影响。有限元分析结果表明:恒温阶段受蠕变的影响,应力大幅度减小,高温蠕变对热障涂层热应力具有释放作用。三维热应力分布结果表明,粘结层与TGO界面处应力最大。热障涂层的应力随着热循环次数的增加而增大,但在15次循环之后,应力趋于稳定。     

Hastelloy N合金表面激光熔覆NiCoCrAlY涂层在LiF-NaF-KF熔盐中的腐蚀行为研究

采用激光熔覆同步送粉技术在HastelloyN合金表面制备了NiCoCrAlY涂层,研究了HastelloyN基材和含NiCoCrAlY涂层的HastelloyN试样在900℃LiF-NaF-KF熔盐中的腐蚀行为。利用失重腐蚀法评估了试样的耐熔盐腐蚀能力,采用XRD和SEM表征了基材和涂层的物相组成、显微组织和腐蚀形貌,并结合EDS分析了微区成分。结果表明,NiCoCrAlY涂层试样的腐蚀速率仅为Hastelloy N基材的2/3。Hastelloy N基材表现为晶间腐蚀,其中Cr元素沿晶界发生选择性脱溶腐蚀,腐蚀前由γ-Ni和M_6C(M为Ni、Co、Cr等)等物相组成,腐蚀后新析出Co_9Mo_(21)Ni_(20)相。NiCoCrAlY涂层表现为均匀腐蚀,其中Al元素充当"消耗品"由涂层均匀向外扩散,形成的腐蚀产物可阻碍涂层中其它元素的扩散从而保护基材,腐蚀前主要由γ-Ni、Al_(0.983)Cr_(0.017)、AlNi_3等物相组成,腐蚀后只存在γ-Ni相。NiCoCrAlY涂层显著提高了基材的耐熔盐腐蚀性能。     

铝阳极氧化膜的形态 结构和成分分布的研究

用 TEM、SEM、AES 和 x 射线衍射技术研究了铝阳极氧化膜的形态、结构和化学成分分布。试验结果表明,在硫酸中形成的阳极氧化膜和在磷酸和草酸中形成的膜一样,也存在着多孔型和壁垒型两种形态,但其临界电流密度较高。铝阳极氧化膜由过剩的铝和 Al_2O_3组成,属非晶态结构,镍盐和锡盐电解着色后非晶态结构和膜中 Al、O 和 S 的分布均无显著改变,而 Sn 和 Ni 则沉积于膜孔底部,但其分布略有不同;着色添加剂的组成物未有明显地进入膜中。     

电化学方法探讨三聚磷酸钛及磁性氧化铁在有机涂层中的缓蚀机制

本文利用电化学方法研究了在油漆涂层中添加三聚磷酸钛和磁性氧化铁对金属防护性能的影响。结果表明,三聚磷酸钛作为活性防锈颜料,添加在涂层中能够极大地改善涂层的防护性能,磁性氧化铁亦不失为一种较好的防锈颜料,但性能不及三聚磷酸钛。同时亦探讨了这两种颜料的可能防锈机理。     

A2井表层套管腐蚀机理分析与防护对策

目的 通过对A2井表层套管外腐蚀产物组分化验与电化学测试,确认其腐蚀原因,并结合现场实际情况制定防护措施。方法 对收集到的腐蚀产物进行能谱元素、XRD组分分析,并参考NACE-TM0194—2014和SY/T 0532—2012进行SRB、TGB分析。结果 能谱分析显示,腐蚀产物主要由氧、铁、碳元素组成,其次还含有少量钠、钾、氯、硫元素;XRD分析显示,腐蚀产物主要成分为BaSO4、Fe2O3和FeS;细菌化验显示,腐蚀产物中含有SRB和TGB,具备通过微生物代谢提供H2S的条件。实际检测A2井涂敷防腐实施后,表面腐蚀得到明显控制。结论 A2井表层套管外腐蚀产物主要为Fe2O3和FeS,腐蚀的主要原因为大气环境氧腐蚀,次要原因是细菌作用产生的次生硫化氢腐蚀,产物中大量的重晶石和少量的无机盐来源于钻井液,海水为细菌提供了来源。基于腐蚀产物分析结果,采取的主要防护措施是隔绝大气和水。通过对石油管道涂敷技术调研分析,结合A2井作业空间,提供了一种STOPAQ防腐膏挤注与涂敷防护方案。该技术操作安全方便,无需对腐蚀面进行特殊预处理,作业过程中无需停产。     

Co3O4-CoAl2O4薄膜的热处理温度对Co-WC选择性涂层吸收性能的影响规律研究

目的 提高Co-WC太阳能选择性吸收涂层的吸收性能。方法 采用溶胶-凝胶法在超音速火焰喷涂（HVOF）制备的Co-WC涂层上涂覆Co3O4-CoAl2O4薄膜。在大气环境下,对样品进行梯度温度热处理,通过XRD表征在不同热处理温度下涂层的组成成分;利用FE-SEM和表面粗糙度仪观察涂层表面微观结构和测量涂层表面粗糙度;通过天平称量涂层质量变化来评价Co3O4-CoAl2O4涂层在不同温度下的服役性能;借助EDS分析Co3O4-CoAl2O4涂层的元素分布情况;使用UV-Vis-NIR分光光度计测试涂层的吸收性能。结果 经过Co3O4-CoAl2O4薄膜改善后,Co-WC涂层的吸收性能提高。其中在650 ℃热处理温度下,Co3O4-CoAl2O4涂层的吸收率最佳,α=0.901,表面为典型的尖晶石结构,晶粒尺寸细小,表面粗糙度为3.519 μm。650 ℃热处理温度下,Co3O4-CoAl2O4涂层在40 h抗超声震荡实验和20次抗热震实验中,相比其他热处理温度下的样品,质量变化最小,分别为14.9 mg和0.5 mg,且涂层的吸收率维持在0.89左右。结论 Co3O4-CoAl2O4薄膜通过选取合适的热处理温度,可以在改善Co-WC涂层表面状态的同时,一定程度上提高吸收性能。     

固溶处理对β钛合金微弧氧化膜生长过程的影响

目的 在不同固溶热处理工艺的β钛合金上制备微弧氧化膜,研究其在微弧氧化初期的生长特性。方法 对比铸态、750 ℃固溶、850 ℃固溶β钛合金表面微弧氧化初期（0~120 s）氧化膜的厚度、表面形貌、相组成及电化学腐蚀性能变化,研究热处理与膜层特性之间的关系,并分析热处理对氧化膜表面裂纹的产生及膜层生长的影响规律。结果 固溶处理改变了基体合金的相组成,元素分布随之改变,热处理后试样表面更容易起弧。较未热处理试样,氧化时间为120 s时,固溶处理后所获膜层的厚度更薄且致密。微弧氧化膜微观形貌显示,经750 ℃固溶热处理后的试样,在微弧氧化后,其膜层表面裂纹最少。极化曲线显示,750 ℃热处理试样氧化膜的耐蚀性优于850 ℃热处理试样。结论 经过750 ℃固溶处理后的合金试样,由于其元素分布均匀,使得微弧氧化初期放电均匀,更易获得致密的微弧氧化膜,膜层的综合性能较好。     

激光熔覆高铌Ti-Al金属间化合物复合涂层的原位反应机制及其微结构特征

通过激光熔覆增技术在BT3-1钛合金表面制备了高铌Ti-Al金属间化合物复合涂层。根据差热(DTA)和热重(TG)曲线,探讨了氩气和氮气保护下Ti、Al、Nb三种元素混合粉末之间的激光原位合成反应机制。借助X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析了复合涂层的物相结构和微观形貌。结果表明：复合涂层主要由单质Nb、金属间化合物γ-TiAl、α₂-Ti₃Al和Ti₃Al₂等物相组成,Nb只有部分发生了原位反应。N₂能够降低Ti-Al二元反应之间的反应温度,提高反应速率,对Ti-Al二元反应起催化作用。复合涂层中没出现通常激光熔覆所具有的外延生长柱状晶组织,而是形成了细小的等轴晶组织。     

复合喷丸强化对EB-PVD制备的CoCrAlY涂层的高温氧化性能的影响

为了研究复合型的高能喷丸工艺对EB-PVD制备的CoCrAlY涂层的高温氧化性能,采用0.3N、0.3N+0.1N和0.3N+0.2N的喷丸强度对CoCrAlY涂层进行了表面强化。观察了喷丸强化前后涂层的表面形貌;测量了喷丸前后涂层的表面粗糙度、表面残余应力、涂层的厚度和截面硬度;对比分析了喷丸前后涂层物相变化以及涂层高温氧化性能。研究结果表明：复合喷丸强化比普通高能喷丸强化对EB-PVD制备的CoCrAlY涂层的抗高温氧化性能提升更加明显,0.3N+0.1N的复合喷丸工艺对提升涂层的高温抗氧化性能最好。相较普通喷丸工艺,复合喷丸工艺更能明显降低EB-PVD制备的CoCrAlY涂层表面粗糙度,提高涂层的致密度,改善物相结构,进而提升涂层的抗高温氧化性能。喷丸强度大于等于0.3N时,CoCrAlY涂层表面出现鳞状突出物,导致氧化物在此处择优生长,生成的氧化膜中的应力在此处集中而发生破裂,降低涂层的使用寿命,但复合喷丸能消除该鳞状突出物。