ZrB2-SiC超高温陶瓷涂层的抗烧蚀性能研究

为了提高C/C复合材料的抗氧化烧蚀性能,采用浆料浸涂与原位反应复合工艺在材料表面制备了ZrB2-SiC超高温陶瓷涂层,利用氧-丙烷火焰测试了涂层的抗烧蚀性能。结果表明:采用复合工艺所制备的ZrB2-SiC超高温陶瓷涂层与基材具有较高的结合强度;在氧-丙烷火焰冲刷条件下,涂层具有良好的抗烧蚀性能,涂层经1500℃下烧蚀600 s,ZrB2-SiC涂层无明显烧蚀,C/C复合材料保持完好。微观结构观察表明:烧蚀测试后,涂层中存在ZrO2和大量超高温陶瓷相,涂层抗烧蚀形式主要表现为热化学烧蚀和机械剥蚀。     

C／C—ZrC复合材料高温氧乙炔焰烧蚀性能及机理研究

采用基体改性技术将ZrC引入C／C复合材料中,制备了一种新型的C／C—ZrC复合材料。通过氧乙炔焰烧蚀实验,研究了ZrC含量及烧蚀时间对C／C—ZrC复合材料高温耐烧蚀性能的影响。用XRD和TEM对烧蚀后材料的相组成和微观结构进行了分析,结果表明,ZrC被氧化的主要生成物为ZrO2,伴有少量ZrC和C,含26．46％ZrC的C／C—ZrC复合材料,在氧乙炔焰烧蚀50s后,在材料表面生成致密的ZrO2膜,阻挡了氧对基体的扩散,并有隔热作用,有效保护复合材料被烧蚀和冲刷。实验表明,复合材料在高温氧乙炔焰烧蚀20s后,线烧蚀率和质量饶蚀率分别为0．012mm／s和0．0033g／s,比C／C复合材料分别降低7．6％和50％。     

ZrB2-SiC复相陶瓷涂层制备及其保护C/C-SiC复合材料性能

为提高C/C-SiC复合材料的超高温抗烧蚀性能,通过浆料涂刷和高温烧结相结合的方法在C/C-SiC复合材料表面制备了ZrB₂-SiC复相陶瓷涂层,利用EDS、SEM对涂层的成分及微观形貌进行了分析。对涂层材料的力学性能和抗烧蚀性能进行了表征,结果表明：制备的ZrB₂-SiC复相陶瓷涂层保护C/C-SiC复合材料的拉伸强度、弯曲强度及剪切强度分别为147 MPa、355 MPa和21.9 MPa,与无涂层保护的针刺C/C-SiC复合材料的力学性能相比略有下降。涂层材料具有良好的抗氧化烧蚀性能,经过热流密度为3 200 kW/m²的氧乙炔火焰烧蚀600 s试验,其线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.001 mm/s和0.0006 g/s。     

化学气相沉积ZrC陶瓷涂层的微观结构和抗烧蚀性能

为了提高碳／碳（C／C）复合材料的抗烧蚀性能,在C／C基体上成功制备了碳化锆（ZrC）高温抗烧蚀涂层。用常压化学气相沉积法,前驱体选用ZrCl4＋C3H6＋H2＋Ar体系。通过调节C3H6的流量,制得3种碳锆原子比的ZrC陶瓷涂层（ZrC1.0＋C,ZrC1.0,ZrC0.7）。分析了不同锆碳比ZrC涂层的相组成和形貌差异,研究了锆碳比对ZrC陶瓷涂层的烧蚀性能的影响。结果表明,3种ZrC涂层都可有效提高C／C复合材料的抗烧蚀性能,但由于微观结构特征不同,3种涂层显示不同的烧蚀性能和烧蚀机制。其中,ZrC0.7涂层试样烧蚀后,表面形成致密的氧化物层,烧蚀性能最佳,烧蚀240s后质量烧蚀率和线烧蚀率分别为1．1×10^-4g／cm^2·s和0．3×10^-3mm／s。     

反应法制备硼化锆耐超高温涂层

为了提高C/SiC复合材料的超高温抗烧蚀性能,以锆粉、硼粉和酚醛树脂为原料,通过泥浆涂刷后高温烧结的方法在C/SiC表面制备了ZrB2涂层,研究了涂层的烧结反应过程,并对其组成、结构和抗烧蚀性能进行了表征.结果表明:1200℃前Zr先与碳反应生成ZrC,然后在1400～1600℃时ZrC与B反应生成ZrB2.浆料配比为n(Zr):n(B):n(C)=1.0:1.5:1.0时,1600℃制备的涂层由ZrB2、少量的ZrC及ZrO2组成.氧乙炔焰烧蚀60s后,由于ZrB2氧化形成了ZrO2熔融层,涂层后的C/SiC复合材料的线烧蚀率几乎为零,而未涂层的C/SiC复合材料的线烧蚀率为0.064mm/s.     

Al_(1.92)Cr_(0.08)O_3-SiC-ZrC耐烧蚀复合涂层微结构与烧蚀行为

结合低压等离子喷涂和料浆法,在C/C-ZrC-SiC复合材料表面制备新型多元氧化物-碳化物复合陶瓷涂层,并通过掺杂过渡元素Cr来提升涂层整体热稳定性能。采用XRD和SEM等手段分析复合涂层的相组成和微观结构,并研究所制复合陶瓷涂层在2 500℃氧乙炔烧蚀环境中的协同抗氧化烧蚀行为。结果显示,有Al_(1.92)Cr_(0.08)O_3-SiC-ZrC复合涂层保护的样品烧蚀性能相比于无涂层的C/C-ZrC-SiC基体有明显提升,烧蚀120 s后的质量烧蚀率和线烧蚀率分别下降了66%和76%。烧蚀后样品表面形成了独特稳定的复合多元氧化物防护结构,其高熔点ZrO_2骨架,Al_(1.96)Cr_(0.04)O_3-SiO_2熔融相弥合其中的连续结构赋予了复合材料较好的抗烧蚀能力。     

C/C复合材料表面等离子喷涂ZrO2/SiO2涂层的组织结构及抗烧蚀性能

为了提高C/C复合材料的抗氧化性能,采用大气等离子喷涂(APS)法在C/C表面制备ZrO2/SiO2复合涂层,选用氧乙炔在1450,1700,2000℃下对涂层进行烧蚀考核,并对团聚粉体以及烧蚀前后涂层的成分及组织进行分析.结果 表明:大气等离子喷涂虽然可以实现C/C基体表面ZrO2/SiO2复合涂层的制备,但是由于2种材料熔点差异较大导致粉体熔融不充分,涂层孔隙率为40.12％,涂层结合强度为12.1 MPa.ZrO2/SiO2复合涂层抗烧蚀性能表现较好,其防护机理随温度的增加可以分为2个阶段:低温阶段,SiO2熔化并起到封填愈合作用,提高了致密度,ZrO2逐渐形成骨架,支撑液态SiO2;高温阶段,SiO2逐渐蒸发损耗,涂层中仅剩ZrO2并且发生烧结,继续起到抗氧化烧蚀的作用.     

ZrB2-SiC和Csf／ZrB2-SiC超高温陶瓷基复合材料烧蚀机理的研究

通过真空热压工艺制备了ZrB2-SiC材料和Csf(碳短纤维)/ZrB2-SiC超高温陶瓷基复合材料.采用氧乙炔火焰在4186.8kW/m2的热流下分别喷吹烧蚀两种材料180s.ZrB2-SiC材料表而最高温度达到2406°C,烧蚀后质量烧蚀率为-0.14%,线烧蚀率为1×10-3mm/s,Csf/ZrB2-SiC材料表面最高温度达到1883°C,烧蚀后质量烧蚀率为-0.19%,线烧蚀率为-4×10-4mm/s.对两种材料烧蚀表面和剖面的分析发现,ZrB2-SiC材料烧蚀后由表及里依次形成了疏松ZrO2氧化层、SiC富集层和未反应层的三层结构,其中SiC富集层能够起到抗氧化的作用. Csf/ZrB2-SiC材料烧蚀后由外到内分别形成了ZrO2-SiO2氧化层、SiC耗尽层和末反应层的三层结构,其中最外层以ZrO2为骨架,SiO2弥合其中的结构有效地阻挡了烧蚀中氧的侵入.     

等离子沉积ZrO2-Y2O3陶瓷涂层与基体结合力的研究

研究了在利用高能脉冲等离子方法沉积的ZrO2-Y2O3陶瓷涂层和NiCoCrAlY合金层之间加入陶瓷梯度结合层的技术，进行了涂层的截面形貌分析。实验结果证明，在加入陶瓷梯度结合层之后，提高了NiCoCrAlY合金的抗高温氧化性能及与ZrO2-Y2O3ZrO2陶瓷涂层的结合力。在实验的基础上提出了陶瓷涂层的物理模型。     

碳纤维复合材料热防护涂层的研究

以环氧改性有机硅树脂为基料,配以金属氧化物和硅酸盐类填料,制备了可用于碳纤维复合材料的耐高温抗烧蚀涂层。该热防护涂层导热系数为0.235W/(m·℃),氧-乙炔线烧蚀率为0.278mm/s,质量烧蚀率为0.0758g/s,附着力良好,且具有优良的隔热性能。     

微束等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层特性

采用轴向中心送粉式微束等离子喷涂系统在2kW级的小功率条件下制备了Al2O3陶瓷涂层.研究了电弧功率、工作气体流量和喷涂距离对粒子速度与涂层组织结构和性能的影响.采用光学显微镜观察涂层的组织结构,采用X射线衍射分析涂层的相结构,采用磨粒磨损质量损失表征涂层的性能,用热辐射粒子速度温度测量系统测试工艺参数对喷涂粒子速度的影响.结果表明,电弧功率、工作气体流量和喷涂距离对粒子速度的影响都比较明显,粒子速度随着电弧功率和工作气体流量的增加而增加,随着喷涂距离的增加而下降.涂层的磨粒磨损质量损失随电弧功率的增加而减少,而随工作气体流量和喷涂距离的增加而增加.分析表明粒子的温度对涂层磨粒磨损质量损失有较大的影响.采用微束等离子喷涂可以制备磨粒磨损性能与传统等离子喷涂在38kW下制备的涂层相当的Al2O3涂层.     

氧气流量对超音速火焰喷涂多尺度WC-17Co涂层组织结构与性能的影响

工艺参数对超音速火焰喷涂WC-Co涂层的组织结构、硬度、耐磨性影响较大,但相关研究较少。采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在4种氧气流量(322,402,482,543 L/min)下将多尺度WC-17Co粉末(含30%纳米WC和70%微米WC)喷涂在Q235钢基体表面制备WC-17Co涂层。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析涂层的截面形貌和物相,测试了涂层的硬度值,通过销盘磨损试验机测试涂层的耐磨损性能,研究氧气流量对多尺度WC-17Co涂层组织结构与耐磨性能的影响。结果发现:4种氧气流量下所制备的涂层组织致密,孔隙率为0.306%~1.290%;随着氧气流量降低,涂层中WC分解更严重,当氧气流量为322 L/min时,涂层中分解相(W_2C、W和Co_3W_3C)最多;涂层的硬度随着氧气流量增加而增加,当氧气流量为543 L/min时,涂层的硬度[(933.8±29.3)HV_(3N)]是Q235钢[(183±7)HV_(3N)]的5倍;随着氧气流量增加,涂层磨损失重逐渐减小,当氧气流量为543 L/min时,涂层的磨损失重仅为(8.57±0.95)mg,耐磨损性能较基材明显提高。     

超音速火焰喷涂NiCr金属陶瓷涂层的高温硫腐蚀性能

超（超）临界机组锅炉管在硫含量较高的烟气环境中常遭受严重的高温硫酸盐及硫化腐蚀,成为锅炉安全的隐患。在2Crl3不锈钢表面利用超音速火焰喷涂（HVOF）制备了NiCr金属陶瓷涂层（1375VM和TPRI—A）,并用超音速电弧喷涂（SWAS）制备传统45CT涂层以作比较,研究了各涂层在700℃,H2—1％H2s环境中的硫...     

低压等离子和超音速火焰喷涂NiCoCrAlYTa层的结构和性能

NiCoCrAlYTa高温氧化防护涂层是发动机高温叶片的重要防护层,已得到广泛应用。分别采用空气助燃的超音速火焰喷涂(HVAF)、氧气助燃的超音速火焰喷涂(HVOF)、低压等离子喷涂(LPPS)和低温超音速火焰喷涂(LT-HVOF)制备了NiCoCrAlYTa涂层,并研究了4种工艺制备的涂层的结构与性能。结果表明:4种工艺制备的NiCoCrAlYTa涂层主要由γ’-Ni3Al,β-NiAl和固溶体γ-Ni相组成,含少量单质Cr,而β-NiAl相的含量比喷涂粉末中低;除LT-HVOF涂层外,其他3种涂层中均有未熔或部分熔融颗粒存在;HVOF涂层中存在大量氧化物区;HVAF涂层沉积率较低;LT-HVOF涂层致密度高,没有明显的氧化物区;LPPS涂层中也没有氧化物区,但致密度比其他涂层低;LPPS涂层含氧量低,但致密度和结合强度均低于HVAF和HVOF涂层;LT-HVOF涂层含氧量与LPPS涂层相当,但致密度和结合强度优于LPPS涂层。     

两种不锈钢在单相流和液/固两相流中冲刷与腐蚀的交互作用

用质量损失法研究了65Mn和316L及其Ni-P镀层的冲刷腐蚀行为.结果表明:在试样表面与流体间相对运动距离相同的条件下,65Mn和316L在单相流和两相流中的冲刷腐蚀速率随着介质温度的升高和理论流速的减小而增大.在20%H2sO4单相流和20%H2S04+20 g/L黄砂两相流(50℃,L88 m/s)中,冲刷与腐蚀...     

Processing effects on in-flight particle state and functional coating properties of plasma-sprayed manganese zinc ferrite

Magnetic properties of manganese zinc ferrite (MZF) coatings deposited by atmospheric dc plasma spraying largely depend on zinc and oxygen loss during particle flight. The temperature and velocity of in-flight MZF particles were widely varied by changing plasma spray conditions to examine these chemistry changes and resultant magnetic properties. Zn loss increases with increased particle temperature or decreased particle velocity. Meanwhile, wüstite (FeO) formation, related to the oxygen loss, is more complicated, partly because oxygen, which is lost during flight in the high-temperature zone of the plasma jet, can be recovered at longer spray distances. As a result, the saturation magnetization of MZF coatings decreases and the coercivity increases with increased particle temperature or decreased particle velocity.     

化学沉积非晶态Ni-W-P合金激光晶化组织与耐磨性的关系

用XRD定量分析法研究化学沉积非晶态Ni-W-P合金激光晶化前后的显微组织特征.通过硬度测试、磨损实验、金相和SEM研究镀层的磨损行为.结果表明:在不同的扫描速率下,均发生Ni3P相的晶化反应;随扫描速率的降低,镀层的晶化程度增加,但均未达到完全晶化;扫描速率为7mm/s时,镀层的晶化程度为73.0％.在发生Ni3P晶...     

电子束重熔对机械合金化法制备TiC/Ti复合涂层组织及摩擦性能的影响

对机械合金化（MA）法制备的TiC/Ti复合涂层进行电子束重熔处理,分析了经过不同电子束扫描速度的重熔工艺后TiC/Ti复合涂层组织和耐磨性能的变化规律。结果表明,当扫描速度为5~15 mm/s时,重熔处理消除了MA法制备的TiC/Ti复合涂层中的孔隙和裂纹,使其硬度与耐磨性能显著提高;但扫描速度过快（20 mm/s）时,TiC/Ti复合涂层内部出现重熔导致的孔洞缺陷。随着扫描速度由5 mm/s增加至15 mm/s,重熔后TiC/Ti复合涂层中的TiC相由粗大树枝状晶体逐渐转变为弥散分布的短棒和颗粒状晶体,弥散强化作用和固溶强化作用逐渐增强,TiC/Ti复合涂层的硬度由重熔前HV 554逐渐提高至HV 783,磨损速率由5.93×10-4 mm3（N·m）-1逐渐下降至1.75×10-4 mm3（N·m）-1,扫描速度为15 mm/s重熔后TiC/Ti复合涂层的性能最佳。      

Influence of in-flight particle characteristics and substrate temperature on the formation mechanisms of hypereutectic Al-Si-Cu coatings prepared by supersonic atmospheric plasma spraying

Hypereutectic Al-Si-Cu coatings were prepared by supersonic atmospheric plasma spraying to enhance the surface performance of lightweight alloys.To find out optimum process conditions and achieve desirable coatings,this work focuses on the influence of three important parameters (in-flight par-ticle temperature,impact velocity,and substrate temperature) on the collected splats morphology,coatings microstructure and microhardness.Results show that appropriate combinations of temper-ature and velocity of in-flight particles cannot only completely melt hypereutectic Al-Si-Cu particles,especially the primary Si phase,but also provide the particles with sufficient kinetic energy.Thus,the optimized coating consists of 98.6 ％ of fully-melted region with nanosized coupled eutectic and 0.9 ％of porosity.Increasing the substrate deposition temperature promotes the transition from inhomoge-neous banded microstructure to homogeneous equiaxed microstructure with a lower porosity level.The observations are further interpreted by a newly developed phase-change heat transfer model on quan-titatively revealing the solidification and remelting behaviors of several splats deposited on substrate.Besides,phase evolutions including the formation of supersaturated α-Al matrix solid solution,growth of Si and Al2Cu phases at different process conditions are elaborated.An ideal microstructure (low frac-tions of unmelted/partially-melted regions and defects) together with solid solution,grain refinement,and second phase strengthening effects contributes to the enhanced microhardness of coating.This inte-grated study not only provides a framework for optimizing Al-Si based coatings via thermal spraying but also gives valuable insights into the formation mechanisms of this class of coating materials.