TiAl合金表面TiAlCrY/YSZ涂层高温长时间服役性能

TiAl合金具有低密度、高比强度的优异性能,是一种潜在的航空发动机用结构材料。TiAl合金的服役温度范围为700～900℃,在其表面制备高温热防护涂层可以进一步提高服役温度。本研究采用等离子喷涂技术在TiAl合金表面制备了新型TiAlCrY/YSZ涂层,并与传统的NiCrAlY/YSZ热障涂层进行高温长时间服役性能对比研究。结果发现, TiAlCrY/YSZ涂层在1100℃空气环境中服役300 h保持完好,表现出良好的高温性能,而NiCrAlY/YSZ涂层在1100℃的服役寿命不足100 h。显微分析结果表明, TiAlCrY黏结层表面会形成一层连续且致密的TGO,其主要成分为Al2O3,与YSZ涂层的界面兼容性良好。并且TGO在1100℃空气环境中服役300 h后,厚度仍<8μm。以上研究表明,与传统NiCrAlY/YSZ热障涂层相比, TiAlCrY/YSZ更适合作为TiAl合金表面的高温热防护涂层。     

大气等离子喷涂氧化铝涂层制备和介电性能研究

采用大气等离子喷涂方法,在不同喷涂功率和喷涂距离下制备氧化铝涂层,研究了喷涂工艺参数变化对涂层显微结构、气孔率以及介电常数的影响。用SprayWatch 2I热喷涂在线监测系统测量等离子体射流中熔融氧化铝粉末的表面温度和飞行速度;用扫描电镜观察涂层的显微结构;对涂层剖面照片用莱卡QWIN图像软件分析计算了涂层的气孔率;用精密阻抗分析仪测量计算氧化铝涂层的介电常数。结果表明,喷涂功率和喷涂距离的改变可影响氧化铝涂层的气孔率。合适的功率和喷涂距离能使粉末获得良好的熔融和较快的飞行速度,形成致密的涂层。较致密的氧化铝涂层介电常数亦较大。     

二硅化钼改性硅酸镱环境障涂层的高温抗氧化行为及机理

新一代高推重比航空发动机的发展对环境障涂层（EBCs）的服役寿命和温度提出了苛刻的要求。稀土硅酸盐作为EBCs材料应用于面层,在服役过程中易产生纵向裂纹,为腐蚀性介质的侵蚀提供通道,严重影响EBCs的寿命。二硅化钼（MoSi2）具有优异的高温性能,有望改善稀土硅酸盐 EBCs体系的高温性能。本工作中采用MoSi2改性Yb2SiO5面层,通过真空等离子喷涂技术（VPS）分别制备了Yb2SiO5-XMoSi2（X=0,5和10vol.%）为面层,Yb2Si2O7为中间层,Si为粘结层的三种环境障涂层体系。研究了涂层在1350 ℃长时间氧化前后显微结构演化过程。结果发现,掺杂MoSi2涂层体系在高温氧化500 h后仍能保持结构完整且面层裂纹减少。原因在于,MoSi2可消耗氧化剂,减缓涂层内部TGO的增长速率,反应产物Yb2Si2O7与中间层成分一致,具有较好的化学相容性,有效改善了涂层体系的高温性能。     

微/纳米结构含锌硅酸钙基涂层成骨性能研究

骨科植入物涂层的表面形貌和化学组成对炎症反应的进程和骨形成的发生都发挥着重要调节作用。为综合利用微/纳米仿生结构和生物活性元素的优势,将含锌(Zn)的纳米结构物质引入到经水热处理后的等离子喷涂硅酸钙(calcium silicate, CS)涂层表面,对所制备涂层的物相组成、表面和截面形貌、比表面积、Zeta电位和生理环境下离子溶出等物理化学性能进行了表征。相比于常规CS涂层,具有微/纳米复合结构的CS和含锌CS涂层拥有更高比表面积和孔容,可吸附更多血清蛋白和纤维连接蛋白,通过刺激细胞内整合素以及下游vinculin和FAK基因表达,提高了骨髓间充质干细胞(BMSCs)铺展能力。涂层中锌的引入进一步提高了其表面BMSCs的增殖能力和与成骨细胞分化相关的基因表达。具有微/纳米复合结构的涂层明显上调了RAW264.7巨噬细胞中M2表型因子(CD206和ARG)基因表达,而涂层中溶出的Zn²⁺显著提高了RAW264.7细胞中抑炎症因子(IL-1ra和IL-10)基因表达,促使其向抑炎症表型转化。骨科植入物涂层表面锌元素和纳米结构的引入有利于创建良好的骨免疫微环境,促进骨...     

真空等离子喷涂HA/Ta复合涂层

羟基磷灰石(HA)具有良好的生物相容性和骨传导能力,采用等离子体喷涂技术在钛合金等金属基材上制备的HA涂层材料已在临床医学上被广泛使用。但是,HA涂层与钛合金基材之间较低的结合强度影响了植入物在体内的长期使用。本文采用真空等离子体技术制备钽(Ta)掺杂的HA涂层,以期在保持其良好生物学性能的同时提高其结合强度。HA/Ta复合涂层的微观形貌、元素组成和相组成由SEM及配套的能谱仪(EDS)和XRD分析技术表征。按ASTMC-633标准对涂层的结合强度进行了测试。将涂层试样浸泡于模拟体液中以评估其生物活性。结果表明:Ta增强HA涂层具有粗糙的表面和层状结构,其结合强度随着Ta含量的增加而增加。掺60%Ta(H4T6)涂层的结合强度达到37.2MPa,约为HA涂层的1.9倍。模拟体液浸泡试验显示,掺钽HA涂层表面形成了类骨磷灰石,表明具有良好的生物活性。     

溶胶-凝胶技术提高不锈钢抗高温氧化及铝合金阳极氧化膜的耐蚀性能

采用溶胶-凝胶法在不锈钢基体表面制备ZrO₂和Al₂O₃涂层,并对铝合金阳极氧化膜进行封孔处理.采用高温循环氧化法研究ZrO₂和Al₂O₃涂层抗高温氧化性能,通过电化学阻抗谱和剥蚀法分析溶胶-凝胶法封孔后铝合金氧化膜的耐腐蚀性能.结果表明：ZrO₂和Al₂O₃涂层的抗高温氧化性能随涂层厚度增加而提高;铝合金阳极氧化膜的耐腐蚀性能也随封孔次数的增加而提高,但当封孔处理超过8次后,阻抗值和腐蚀程度基本不随封孔次数发生变化;实施相同次数封孔处理后,Al₂O₃溶胶的封孔效果略优于ZrO₂溶胶的封孔效果.     

C/C材料表面ZrB2-SiC功能梯度涂层残余应力分析

目的以C/C复合材料为基体,设计ZrB_2-SiC功能梯度材料。方法利用Ansys软件对等离子喷涂ZrB_2-SiC功能梯度涂层在沉积过程中产生的残余应力进行数值模拟,分析成分分布指数p和梯度层厚度t对梯度涂层残余应力的影响;并通过基于悬臂梁理论的热应力解析,计算与基体接触的涂层在涂层与基体厚度比λ不同时的残余应力值。结果模拟分析结果表明,在涂层与基体的界面,梯度层的厚度对轴向压应力影响不大,径向压应力和切向应力均随厚度的增加而增大,在边缘区域应力集中较为严重,易产生层间破坏;纯ZrB_2层为表面层,其应力主要为径向压应力,且沿径向逐渐减小至0,到边缘处又突变为拉应力,并随p的增大而减小。对比解析法分析可得两者计算的与基体接触的涂层内部的残余应力随λ的增大都是逐渐降低的,这符合涂层内部的应力分布原理。根据优化设计,获得功能梯度材料在各梯度层厚度d为0.1~0.2 mm,成分梯度指数为4时的热应力变化缓和效果较好。结论基于悬臂梁理论的解析解可以很好地评估热应力,并验证了该模拟的正确性。     

人工关节用真空等离子喷涂Ti-HA涂层工艺研究

采用真空等离子体喷涂技术,在Ti基体上制备Ti-HA涂层,研究了喷涂工艺因素对涂层结构、性能的影响.结果发现,适当降低喷涂功率、减少氢气流量,有助于提高Ti涂层的粗糙度和HA涂层的结晶度.在优化的工艺参数下,可获得粗糙度大(Ra 26.0 μm)的Ti涂层和结晶度高(67%)的HA涂层.本文还在人工髋关节实物表面制备了可满足临床植入要求的Ti-HA涂层.     

高强钢变模量随动强化本构模型匹配与解耦标定策略研究

高强钢通过微观组织调控获得高强度,但不同牌号高强钢微观的不均匀变形和微观诱导塑性机理不同,使得高强钢卸载及反向加载行为更加复杂,并且牌号间差异增大,为此给出模型自适应匹配及参数解耦匹配的系统化策略,实现了高强钢回弹精确预测。首先建立幂函数和指数函数混合硬化模型,基于混合模型给出自由弯曲加载的弯矩平衡方程和曲率约束方程,基于变模量模型构建截面弹性弯矩的积分方程,基于加载和卸载解析模型建立逆向识别卸载参数的子优化模型。确定变模量线性随动强化、变模量非线性随动强化模型和含边界面的变模量随动强化模型的匹配策略。基于自由弯曲、单向拉伸和拉压试验数据,确定相应本构的子优化模型参数的优化次序,最终形成本构匹配及其参数解耦标定的系统化策略,并基于Fortran语言开发标定程序库。建立U形弯曲件和弧形弯曲件预测模型,分别对DP980和DH980两种高强钢不同应变水平下的识别结果及回弹预测结果进行对比分析,验证了解耦标定策略不仅提高了不同牌号数据的相关度,而且大幅度提升了同一牌号下的模型精度和稳定性,为基于数据的材料性能统一自辨识方法研究奠定了基础。     

复合料浆热压滤法制备空间网络复合涂层及其高温氧化行为

采用复合料浆热压滤法制备出厚度在数十微米到数百微米之间可控的YSZ/YSZ、Al2O3/YSZ、Al2O3/YSZ-Al2O3和Al2O3/Al2O3复合涂层。微观形貌显示复合涂层由具有空间网络结构的YSZ或Al2O3包覆颗粒状YSZ或/和Al2O3组成。高温氧化实验结果显示,含有适量YSZ颗粒的Al2O3/YSZ-Al2O3复合涂层具有优异的抗高温氧化性能。为通过氧元素在复合涂层中的扩散行为深入分析其抗高温氧化性能,本文还基于复合涂层的微观结构及高温氧化行为表现,建立与之相对应的简化模型。