纳米Nd2O3对TC11钛合金微弧氧化层耐磨性及高温抗氧化性能的影响

为了提高TC11钛合金耐磨性及高温抗氧化性，通过添加不同浓度Nd₂O₃颗粒制备了Nd₂O₃颗粒掺杂的微弧氧化层。采用扫描电镜、X射线衍射仪等研究了Nd₂O₃浓度对TC11钛合金表面微弧氧化层微观结构、物相组成的影响，并评价了涂层的耐磨性与高温抗氧化性能。结果表明：添加Nd₂O₃颗粒后，膜层表面的微孔数量减少，膜层物相以金红石型TiO₂和锐钛矿型TiO₂为主，随着Nd₂O₃浓度的增加，Nd元素在膜层中的含量逐渐增加，膜层厚度先增大后减小；在Nd₂O₃浓度为1 g/L时，所制备的微弧氧化层综合性能最佳，膜层平均厚度8.68μm,磨损失重0.43 mg,磨痕宽度598.04μm,高温氧化增重0.139 mg/cm²。与TC11钛合金基体和未添加Nd₂     

硅酸镱环境障涂层抗熔盐腐蚀行为与机制研究

稀土硅酸盐环境障涂层(EBC)是应用于新一代高推重比航空发动机热端部件的重要材料, 但其在高温熔盐环境的腐蚀行为与机制尚不明晰。本工作采用真空等离子喷涂技术(VPS)制备了Yb₂SiO₅/Yb₂Si₂O₇/Si环境障涂层, 并研究了该涂层体系在900 ℃、Na₂SO₄+25% NaCl(质量分数)熔盐环境中的腐蚀行为与机制。研究发现, 所制备的Yb₂SiO₅/Yb₂Si₂O₇/Si涂层体系结构致密, 各层之间结合良好; 涂层体系腐蚀240 h, 熔盐组分渗透Yb₂SiO₅涂层, 在Yb₂Si₂O₇中间层发生富集。涂层中Yb₂SiO₅相具有良好的稳定性, Yb₂O₃第二相与熔盐发生反应, 且随腐蚀时间延长, Yb₂O₃含量减少。中间层Yb₂Si₂O₇相与熔盐反应生成磷灰石相NaYb₉Si₆O₂₆和钠硅酸盐, 并产生Cl₂和SO₂等挥发性物质, 从而影响服役寿命。硅黏结层中未发现熔盐渗透现象, 保持完整。该涂层体系具有良好的抗熔盐腐蚀性能。     

元素改性铝化物涂层研究进展

铝化物涂层在高温环境中服役时形成Al₂O₃膜,从而有效地提高了部件的抗高温氧化和耐热腐蚀性能,延长了部件服役寿命,因此其成为燃气轮机热端部件的重要热防护涂层。然而,单一铝化物涂层在服役时易出现富铝态的β-NiAl相向贫铝态的γ-Ni₃Al相的相变,使涂层中的Al含量降低,导致涂层难以持续形成致密Al₂O₃膜。对利用元素改性(如Si、Cr、Co、Pt、Pd和稀土)提高铝化物涂层的抗高温氧化和耐热腐蚀性能进行了概述,指出Pt元素能同时促进Al元素氧化成致密的Al₂O₃膜和提高氧化膜的抗剥落能力,对铝化物涂层的高温性能改性效果最好;基于单元素改性效果,发展了多种元素(二元和三元)共改性铝化物涂层,以Pt与阻碍涂层与基体间元素扩散的元素或抑制相变元素的共同改性能更有效提高铝化物涂层的性能;最后,未来改性铝化物涂层的发展趋势可能是Pt与稀土或其他元素更高元共改性(四元或五元)。     

不同氧化温度下涂覆BN涂层SiC纤维的微观结构及性能研究

通过化学气相渗透(CVI)工艺在典型国产SiC纤维表面沉积BN涂层，并在800～1200℃的氧化环境下处理1 h。对涂覆BN涂层的SiC纤维氧化后的形貌、结构以及成分进行表征，通过单丝拉伸强度评价涂覆BN涂层的SiC纤维氧化后的性能变化。结果表明，氧化温度低于1000℃时，BN涂层及其氧化物层能够有效阻止O₂对内部SiC纤维的侵蚀，高于此温度时，SiC纤维被氧化。随着氧化温度的升高，涂覆BN涂层的SiC纤维表面氧化物经历α-B₂O₃→SiC_xO_y→非晶SiO₂的历程。涂覆BN涂层的SiC纤维单丝拉伸强度随着温度的升高呈衰减趋势，且BN涂层直接暴露在氧化环境下反而降低SiC纤维的抗氧化能力。纤维断裂的失效源先由BN涂层缺陷过渡为B₂O₃氧化层缺陷最终演变为SiO₂氧化层气孔缺陷。     

GH907高温合金表面电弧离子镀NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层的高温抗氧化性能研究

为提高GH907高温合金在750℃下高温抗氧化性能。在GH907合金表面采用电弧离子镀技术(AIP)制备NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层。系统开展复合涂层的高温抗氧化行为和机理研究,利用XRD、SEM和EDS等微尺度分析表征方法,全面解析氧化过程中物相的结构特征、氧化产物成分及表/截面形貌特征。结果试验表明,750℃氧化500 h后,GH907高温合金氧化层(FeO,Fe₂O₃)萌生大量裂纹,氧化层发生大面积剥落。基体呈迅速氧化增重趋势,500 h质量增重值为22.38 mg/cm²。相比之下,NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层在氧化实验中,由于形成连续且致密的Al₂O₃屏障层,有效抑制氧气内扩散,延缓GH907高温合金发生氧化反应的影响。氧化80 h质量增重为6.37 mg/cm²,随后质量增重率趋于稳定,500 h复合涂层质量增重值仅有7.68 mg/cm²。结论由此表明,NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层可以显著提...     

粉末高温合金FGH4095和FGH4096的抗高温氧化性能

为研究舰载航空发动机关键部件的氧化腐蚀防护，开展镍基粉末高温合金FGH4095和FGH4096在750～1100℃空气环境中的高温氧化实验，采用静态增重法测定两种合金在不同温度下的氧化动力学曲线，利用金相显微镜、扫描电子显微镜、电子探针分析仪和X射线衍射仪对合金试样表面与截面氧化层的形貌、结构以及组成进行观察和分析。结果表明：FGH4095和FGH4096两种合金在750～900℃时属于完全抗氧化级，在1000～1100℃时属于抗氧化级，而两种合金的实际服役温度在900℃以下，所以在其工作温度范围内抗氧化性能优异。在750～900℃时，两种合金的抗氧化性能相近，无明显差别，氧化膜均未发生剥落。高温氧化后，FGH4095和FGH4096的氧化膜分为两层，内层都是以Al₂O₃为主，FGH4095的外层由Cr₂O₃,Nb₂O₅和TiO₂组成，而FGH4096的外层仅为Cr₂O₃和TiO_2...     

双硅酸镱环境障涂层的高温水氧腐蚀机理研究

陶瓷基复合材料构件在航空发动机燃气环境中面临严重的水氧腐蚀退化问题,在构件表面采用环境障涂层进行热防护是提高陶瓷基复合材料部件的高温性能、延长其使用寿命的有效措施。环境障涂层的高温稳定性对部件的结构完整性具有重要影响。为了探明环境障涂层在高温下的水氧腐蚀失效行为和机理,针对大气等离子喷涂(APS)Yb₂Si₂O₇/莫来石/硅体系的环境障涂层系统,开展了其在1 350℃、90%(体积分数)H₂O-10%O₂水/氧蒸汽环境中的静态高温水氧腐蚀试验,采用XRD、SEM、EDS等材料表征分析手段,研究涂层在高温静态水氧腐蚀环境中的失效行为,获得EBCs涂层微观结构及物相在腐蚀过程中的演变规律,揭示EBCs涂层的失效机理。结果表明：表面的Yb₂Si₂O₇与环境中的氧化剂(主要为水)反应生成挥发性物质Si(OH)₄,导致Yb₂Si₂O₇被...     

Al2O3量对2219车铝板上等离子喷涂Ni层组织和摩擦性能的影响

将Ni与Al₂O₃微米颗粒实施混合,再将其通过等离子喷涂方法沉积到2219铝合金表面,控制合适的喷涂工艺参数得到Al₂O₃/Ni复合涂层,实验测试研究Al₂O₃量对涂层组织和摩擦性能的影响。研究结果表明:与原始粉末相比,对涂层XRD测试发现形成强度很高的Ni衍射峰,Al₂O₃相发生了峰强度减小。在涂层内形成了灰色的Ni组织区,Al与Al₂O₃则呈现黑色的状态。逐渐提高Al₂O₃加入量后,形成了更多的黑色组织。涂层获得了比2219基体更高的硬度,相对于基体组织提高了3倍以上,提高Al₂O₃加入量后涂层硬度获得提升。涂层内含有的Al₂O₃比例提高后,涂层发生了摩擦系数和磨损率降低。当Al₂O₃含量继续增加后,形成较多氧化物,表现为氧化磨损。随着Al₂O₃含量的增加,氧化磨损程度表现出增加变化。     

不锈钢表面阴极微弧电沉积氧化铝膜层的性能

以0.4 mol/L Al（NO₃）₃乙醇溶液为电解液,用阴极微弧电沉积方法在304不锈钢表面制备了80μm厚的氧化铝膜层。分析了膜层的形貌、成分和相组成,测试了膜层的抗高温氧化和电化学腐蚀性能。结果表明.电沉积膜层由γ-Al₂O₃和α-Al₂O₃组成。膜层中含有少量的Fe、Cr、Ni元素,表明膜/基界面附近的不锈钢基体在微弧放电作用下也参与氧化铝膜层的沉积和烧结过程。氧化铝膜层使不锈钢在800℃恒温氧化速率明显降低,表明其抗高温氧化性能得到提高。同时,其腐蚀电位正向移动,腐蚀电流密度降低1个数量级,表明其耐腐蚀性能得到提高。     

电解质浓度对TiB2基刀具表面MAO涂层组织和摩擦性能的影响

研究了以高浓度Na₅P₃O₁₀作为电解液对钛合金实施微弧氧化,并对其表面结构和各成分组成情况进行了分析,之后测试了氧化层的表面硬度及其耐磨特性。研究结果表明:提高Na₅P₃O₁₀浓度后,发生了电导率明显增大现象,反应时间显著缩短。加入50 g/L的Na₅P₃O₁₀涂层的表面形成了尺寸差异较大的微孔,这些微孔的尺寸都在1μm以内,表面较平滑。所有微弧氧化涂层内都存在B、Ti、O。各膜层中主要存在B₂TiO₅,同时形成了B₂O₃与金红石TiO₂衍射峰。逐渐提高Na₅P₃O₁₀含量后,加入50 g/L的Na₅P₃O₁₀涂层试样获得了更高硬度,但硬度变化速率发生了降低。加入50 g/L的Na₅P₃O₁₀涂层具备很高极限载荷,迅速达到了稳定的摩擦状态,因此摩擦系数快速减小到稳定的程度。基体的表面受到了较大破坏,产生了许多磨屑颗粒与犁沟;涂层表现为粘着磨损的特征,可以显著降低粘着磨损的程度。     

锆合金表面Cr基涂层的耐高温氧化性能

用磁控溅射法在锆合金基体表面制备Cr和CrAl层,并使其在1200℃/1 h水蒸汽中氧化,用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等手段表征氧化前后涂层和Zr合金基体的微观结构,研究了两种涂层在(反应堆失水(LOCA)事故情况下的)高温蒸汽环境中的抗氧化性能。结果表明：在1200℃/1 h水蒸汽中氧化后没有涂层的锆合金基体表面生成厚度约为100 μm的氧化膜;而在Cr涂层表面生成的致密Cr₂O₃层其厚度约为4 μm,表明氧化速率显著降低。CrAl涂层氧化后表面生成致密的Cr₂O₃和Al₂O₃混合氧化层,其厚度只有0.8 μm,表明氧化速率进一步降低。这些结果表明: 用磁控溅射法在锆合金表面制备的Cr和CrAl涂层,在1200℃水蒸气环境中均表现出良好的耐氧化性能。在Cr涂层表面生成的氧化膜厚度约为未涂层锆合金氧化层的1/25,CrAl涂层氧化膜厚度低于锆合金表面氧化层的1/100。     

LaMeAl11O19/YSZ热障涂层热力学性能和热循环寿命

LaMeAl₁₁O₁₉陶瓷具有独特的晶体结构, 优异的热力学性能, 低热导率, 高温相稳定性等特点, 是一类非常有应用前景的热障涂层(TBC)材料。本研究通过大气等离子喷涂(APS)制备了LaMeAl₁₁O₁₉/YSZ (Me=Mg, Cu, Zn)双陶瓷层热障涂层。通过对涂层进行火焰热循环测试并结合扫描电子显微镜、X射线衍射仪等分析技术对涂层进行失效分析。结果表明, LaMgAl₁₁O₁₉ (LMA)、LaZnAl₁₁O₁₉ (LZA)和LaCuAl₁₁O₁₉ (LCA)粉末在等离子喷涂过程中发生了分解, 导致三种涂层中磁铅石相含量的差异, 从而影响三种涂层的热循环寿命。由于LaMeAl₁₁O₁₉层与YSZ层的热膨胀系数不匹配以及非晶相重结晶产生的体积收缩, LaMeAl₁₁O₁₉层从YSZ层上剥落。YSZ层暴露在高温下, 加速了烧结和TGO的生长, 又促进了YSZ层剥落。低温下, LaMeAl₁₁O₁₉的热导率随着Me原子序数增加而降低; 高温下, 与LMA和LZA相比, LCA涂层红外发射率最高(0.88, 600 ℃), 削弱了光子传导对热导率的贡献, 导致热导率降低, LCA在高温红外辐射涂层中具有潜在的应用价值。     

碳钢坩埚表面渗铝复合涂层

以碳钢板为基板材料, 通过表面渗铝和高温化学反应在其表面形成复合保护涂层。研究了反应层厚度与反应温度、时间之间的关系, 并用光学显微镜、XRD对涂层形貌、相组成进行了表征。实验结果表明: 反应产物层厚度随反应温度、时间的增加而增加; 复合涂层由过渡层和反应产物层组成, 过渡层组成为Fe₃Al及少量Fe₂Al₅、Fe₁₄Al₈₆、Al₂O₃, 反应产物层组成为TiB₂、MgO和少量的Mg₂TiO₄、Mg₂B₂O₅、Fe₃Al、FeAl、Ti₂B₅。      

Al含量对Ti2AlC在核反应堆失水事故下抗氧化性能的影响

为了完善Ti₂AlC涂层在事故容错燃料中的设计与应用, 研究了近化学计量比和Al含量不足的Ti₂AlC在1000~1200 ℃ Ar-41% H₂O气氛中的氧化行为。研究结果表明: 随着Al含量的减少, Ti₂AlC在高温水蒸气中的氧化动力学由抛物线规律向线性规律转变; 当Al含量不足时, 连续氧化铝层的生长受到限制, 形成了不具备保护性的TiO₂基氧化层; 近化学计量比的Ti₂AlC表面可生成较薄的连续致密Al₂O₃层, 防止水蒸气向基体内的扩散。因此, 采用近化学计量比的Ti₂AlC作为锆合金表面的防护涂层时, 能够在高温水蒸气的环境下保护包壳, 提升现有轻水反应堆事故容错的能力。     

熔烧温度对铌钨合金表面硅化物涂层显微组织和抗高温氧化性能的影响研究

硅化物涂层是航天航空用铌合金高温结构部件最常用的高温防护涂层，为了提高硅化物涂层的性能以满足铌合金高温结构部件越来越严苛的服役条件，采用料浆熔烧法在铌钨合金表面制备硅化物涂层，并通过改变涂层熔烧温度(1 350,1 400,1 450,1 500℃),研究熔烧温度对涂层微观结构和抗高温氧化性能的影响。结果表明：4种熔烧温度涂层致密层的主成分为(Nb, X)Si₂(X为Zr、Cr和Ti),过渡层为稳定的Nb₅Si₃;涂层在1 600℃高温下氧化2 h,氧化反应主要发生在表面的疏松层，Si、Zr、Ti、Cr等元素发生了选择性氧化，ZrO₂作为“氧化物钉”弥散在SiO₂玻璃膜中，涂层展现出良好的抗高温氧化性能。熔烧温度为1 350℃样品的抗高温氧化性能最优。     

Co-20Re-25Cr-7Al合金在3.0×10-5Pa低氧压下的氧化行为研究

为探究在低氧压高温环境中添加少量的Al是否对Co-Re基高温合金形成保护性的Cr₂O₃氧化膜具有协同效应,研究了Co-20Re-25Cr-7Al合金在1 100～1 300℃,3.0×10^-5 Pa O₂下氧化24 h的恒温氧化行为。结果显示：合金的氧化动力学曲线完全符合抛物线规律,其氧化激活能为242.3 kJ/mol。合金在1 100～1 300℃形成的氧化膜很类似,主要由连续致密的Cr₂O₃层组成,其上分布着少量的CoO和CoCr₂O₄尖晶石。与相应的Co-20Re-25Cr三元合金相比,Co-20Re-25Cr-7Al四元合金形成的具有保护性的Cr₂O₃层在氧化过程中可以防止合金中的Re元素以ReO₃的形式挥发,从而为合金提供更好的保护。7%Al的添加不足以使Co-20Re-25Cr-7Al合金发生Al的选择性外氧化,因此在外氧化膜下面形成...     

YSZ-Ti3AlC2热障涂层及其高温自愈合行为

采用Ti₃AlC₂作为新型自愈合剂, 利用大气等离子喷涂将混合均匀的YSZ-Ti₃AlC₂粉体制成厚涂层。为观测高温下涂层氧化及裂纹的自愈合行为, 通过外加载荷的方式在涂层表面预制裂纹, 并将样品置于1050℃空气气氛中进行热处理。通过分析涂层制备、热处理前后的物相和形貌演变发现：涂层中的部分Ti₃AlC₂在喷涂后分解为TiC, 热处理后涂层表面形成外层为TiO₂, 内层为TiO₂和Al₂O₃混合物的双层结构。在自愈合过程中, 裂纹内的愈合剂氧化生成Al₂O₃与低密度的TiO₂, 随着扩散控制的氧化反应不断进行, 氧化物逐渐积累并填补裂纹。此外, 在TiO₂生成的同时引起的体积膨胀使裂纹周围产生一定的压应力, 强化愈合效果, 最终完全愈合裂纹。     

Gd2Zr2O7陶瓷的高温热物理性能及Gd2Zr2O7-8YSZ双涂层制备

通过高温固相合成方法制备了烧绿石结构Gd₂Zr₂O₇陶瓷材料,研究了其高温相稳定性和热物理性能。采用电子束物理气相沉积方法制备了Gd₂Zr₂O₇-8YSZ(8%Y₂O₃-ZrO₂)双陶瓷层结构热障涂层,分析了涂层顶层的晶体结构和原子数量比。结果表明,Gd₂Zr₂O₇在室温至1500℃范围内具有良好的相稳定性,比第一代热障涂层8YSZ的高温相稳定区间提高250℃以上。Gd₂Zr₂O₇块材的热膨胀系数在100~1500℃范围内介于8.8×10^-6~11.0×10^-6 K^-1之间,与8YSZ接近; 在1000~1400℃高温区间,热导率约为1.0 W(m·K)^-1,比8YSZ降低一半左右。沉积制得的Gd₂Zr₂O₇涂层化学成分符合化学计量比,为烧绿石结构,涂层呈现典型的柱状晶结构。     

8YSZ/Y3Al5O12:Ce3+光敏复合热障涂层的等温氧化及光谱响应特性

为了监测热障涂层在氧化过程中陶瓷层内部的残余热应力,制备了Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺含量不同的8YSZ/Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺光敏复合热障涂层。研究了Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺不同含量下8YSZ/Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺光敏复合热障涂层等温氧化过程的失效机理,阐述了陶瓷层内部残余热应力与Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺的发射光谱的峰值波长之间的内在响应机制;同时研究了8YSZ/Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺光敏复合热障涂层陶瓷层发射光谱峰值波长偏移量与氧化时间的关系,并拟...     

金属氧化物对膨胀阻燃涂层耐火及成炭性能的影响

金属氧化物(MO)可显著影响膨胀阻燃体系的热解成炭过程, 进而改善膨胀阻燃涂层的耐火性能。将Fe₂O₃、ZnO、TiO₂分别添加到双环笼状磷酸酯膨胀阻燃环氧涂层中, 研究了MO对涂层耐火及成炭性能的影响规律。燃烧背温测试结果表明, MO可产生显著的协效耐火作用, 三种MO对耐火性能的增效能力为Fe₂O₃>ZnO>TiO₂。热失重(TGA), 激光拉曼光谱(LRS)和X射线光电子能谱(XPS)分析表明, MO促进了残炭的耐高温氧化性能及类石墨化程度的提高, 增加了涂层的高温残炭量, 三种MO提升涂层成炭性能的能力为Fe₂O₃>ZnO>TiO₂。