不同喷涂工艺对Cr~(3+)掺杂Al_2O_3陶瓷涂层相结构及发光性能影响研究

通过火焰喷涂工艺和等离子喷涂工艺制备了Cr~(3+)掺杂Al_2O_3陶瓷涂层。采用扫描电镜、X射线衍射、荧光光谱仪等方法表征了涂层的微观形貌、孔隙率、相结构及发光性能等。对比两种不同工艺制备的Cr~(3+)掺杂Al_2O_3陶瓷涂层性能结果表明:等离子喷涂制备的涂层形貌、颗粒熔化状态、厚度均一性均优于火焰喷涂涂层,但火焰喷涂工艺涂层的发光性能远优于等离子工艺涂层,其原因是火焰喷涂制备的涂层中Al_2O_3粒子的熔融状态更差,保留了更多的α-Al_2O_3相,未熔粒子部分将以喷涂原粉中稳定的α-Al_2O_3结构存在涂层中进而影响其光学性能。     

等离子喷涂Sc_2O_3-Y_2O_3-ZrO_2热障涂层组织结构和性能研究

采用化学共沉淀—煅烧法制备了7.1mol%Sc_2O_3~1.5mol%Y_2O_3-ZrO_2(ScYSZ)设计成分复合陶瓷原粉,将该原粉经团聚造粒和高温烧结处理,使粉末流动性及松装密度满足等离子喷涂工艺要求。经大气等离子喷涂制备了超高温热障涂层。采用场发射扫描电子显微镜、X-射线衍射对粉末组织结构、形貌进行了测试,并进行了涂层组织结构、高温相稳定性、隔热性能、热冲击性能及抗氧化性能进行了测试分析。结果表明所制备的ScYSZ团聚粉末在1200℃烧结处理2h后,粉末呈球形、流动性好,满足等离子喷涂工艺要求。ScYSZ粉末及其涂层室温均呈单一四方结构,1500℃热处理300h后,ScYSZ涂层无单斜相出现,具有非常优秀的高温相稳定性。在900℃~1500℃温度测量范围内,等离子喷涂ScYSZ涂层的热导率为0.93~1.19W/m·K,明显低于目前广泛应用的等离子喷涂Y_2O_3-ZrO_2涂层的热导率(1.2~1.5W/m·K)。Sc_2O_3的加入在提高了热障涂层的高温相稳定性的同时,也显著提高了涂层的隔热性能及抗热冲击性能,Sc_2O_3-Y_2O_3-ZrO_2很有希望成为1500℃使用的超高温热障涂层材料。     

稀土改性NiCoCrAlY层对YSZ和LZ/YSZ热障涂层高温性能的影响

以纳米结构的La_2O_3、ZrO_2、8YSZ粉体为原材料,利用纳米调控技术制备可用于等离子喷涂的粉体材料;利用等离子喷涂技术在304不锈钢基体上分别喷涂含未改性粘结打底层和改性粘结打底层的YSZ和LZ/YSZ两种结构的热障涂层。研究了热障涂层的结合强度和抗氧化行为,并分析稀土改性的粘结打底层对其组织结构的影响。根据涂层氧化不同时间后涂层的截面形貌图及能谱图分析其氧化后的组织结构,进而研究稀土改性粘结打底层对热生长氧化物(TGO)层的影响。结果表明:含改性粘结打底层的双陶瓷型热障涂层La_2Zr_2O_7+8YSZ+mNiCoCrAlY在800℃和900℃下均具有最低的氧化速率,氧化增重速率常数分别为0.04372mg~2·cm~(-4)·h~(-1)和0.12406mg~2·cm~(-4)·h~(-1),比含未改性粘结打底层的La_2Zr_2O_7+8YSZ+NiCoCrAlY涂层分别降低45%和36%,说明改性粘结打底层提高了热障涂层的抗氧化性能。     

氧化铈稳定纳米氧化锆高温性能的研究

等离子喷涂热障涂层技术广泛应用于航空发动机热端部件的高温防护。应用大气等离子喷涂法成功制备了纳米氧化铈氧化钇稳定的氧化锆(CYSZ)涂层,并与常规氧化钇稳定氧化锆(YSZ)涂层在1300℃下热处理10小时,研究高温对两种涂层性能的影响,与常规的YSZ涂层相比,CeO2的掺杂使涂层具有更高的稳定性。经过高温处理,CYSZ涂层的相结构没有发生明显变化。显微形貌结果表明,CYSZ涂层没有产生裂纹缺陷,涂层中纳米区域晶粒度随着温度的升高略有增大,这表明了纳米结构的CYSZ涂层具有更优异的高温稳定性。热循环氧化实验结果证明,CYSZ涂层具有更长的热循环寿命以及优异的高温抗氧化性能。     

纳米及传统微米级热障涂层热循环过程中的组织演变研究

本文以超音速等离子喷涂方法沉积NiCoCrAlY金属粘结层,以普通大气等离子喷涂沉积纳米及微米级YSZ两种陶瓷表层,并对涂层进行热循环实验,对比研究不同结构热障涂层在热循环条件下的组织演变规律。结果表明：由于纳米团聚粉体的不充分熔化导致纳米涂层中存在较多的微裂纹和孔隙,微米、及纳米涂层的孔隙率分别为10%及15%,载荷300g下的显微硬度分别为776.1及606.9。两种结构的热障涂层在热循环过程中均出现了网状裂纹,但随着热循环次数的增加,这些微裂纹不断连接扩展,裂纹宽度不断增加,并且与纳米涂层相比,微米涂层裂纹的扩展和拓宽速度相对较快。纳米涂层由于孔隙率较高,热生长氧化物（TGO）生长速度较快,TGO的快速生长导致陶瓷层/金属粘接层界面的应力增大,使得横向裂纹（平行于陶瓷层/金属粘接层界面）萌生及扩展并引起涂层的剥落失效。     

纳米锆酸镧团聚体特性及等离子涂层性能的研究

采用喷雾干燥法制备了纳米锆酸镧团聚体粉末,采用大气等离子喷涂制备了纳米锆酸镧涂层,并用扫描电镜和XRD对涂层的微观组织结构进行了研究。结果表明:喷雾干燥法制备的纳米La_2Zr_2O_7团聚体,粒度接近正态分布,流动性好,松装密度较大。采用大气等离子喷涂制备纳米锆酸镧涂层中存在一定量的孔隙和微裂纹,利于隔热。纳米锆酸镧热障涂层在1473K烧蚀8h后的相结构稳定。     

Cr/Al_2O_3涂层制备工艺与发光性能研究

采用烧结破碎法可制备适用于热喷涂的Cr/Al_2O_3的粉末,分别采用大气等离子喷涂和火焰喷涂制备了Cr/Al_2O_3发光涂层,研究了粉体和不同喷涂方法制备的涂层组织形貌、相结构及发光性能。结果表明:所制备的Cr/Al_2O_3粉末呈现α-Al_2O_3的单相结构;火焰喷涂涂层呈现粉红色,表面粗糙度Ra 8.8μm和孔隙率21.5%,涂层以α-Al_2O_3相为主;等离子喷涂的涂层呈现灰白色,较低的表面粗糙度Ra 6.1μm和孔隙率8.3%,涂层以γ-Al_2O_3相为主;粉体和两种涂层均可呈现红宝石单晶R线发射,发射峰为693nm和694nm。     

柱状晶对等离子YSZ涂层性能的影响

本文选用微米级YSZ粉末和纳米级YSZ粉末喂料,采用等离子喷涂技术制备了两种YSZ涂层,并通过扫描电镜(SEM)对涂层的微观组织和结构进行了研究。结果表明:微米级YSZ粉末制备涂层内部柱状晶的尺寸较短,长度在1～3μm之间;纳米级YSZ粉末制备涂层内部柱状晶的尺寸较长,长度在8～12μm之间;这种组织结构特征的差异是导致YSZ涂层结合强度和热震性能不同的主要原因。     

Al2O3 含量对 YSZ 热障涂层性能的影响

Al_2O_3等氧化物对YSZ热障涂层的高温使用性能有一定的影响。本文用HVOF喷涂Ni Co Cr Al Y合金粘结层,APS喷涂YSZ陶瓷面层,制备了Al_2O_3含量为0.01~0.64wt%的YSZ涂层。比较了不同Al_2O_3含量的YSZ涂层在1100℃下的热震性能和抗烧结性能,并探讨Al_2O_3对涂层的影响机理。结果表明相较于高纯YSZ涂层,随着涂层中Al_2O_3含量升高,涂层的抗热震性能降低,且Al_2O_3促进YSZ涂层的烧结。Al_2O_3含量在小于0.01wt%-0.12wt%区间内时,对涂层抗热震和抗烧结性能有显著影响,含量继续增加至0.64%时,对性能影响减缓。显微组织观察与EDS检测结果表明涂层中Al_2O_3并未在熔融颗粒界面处偏聚,但在颗粒内部有局部偏析。由此推测,含Al_2O_3的YSZ涂层热震失效的原因可能是Al_2O_3在YSZ颗粒内部偏析,并影响涂层的烧结性能,导致裂纹容易萌生和扩展。     

等离子喷涂氧化钇稳定氧化锆涂层的分形特征与断裂韧性

采用超音速等离子喷涂和普通大气等离子喷涂制备了微米级氧化钇稳定氧化锆（yttria-stabilized zirconia,YSZ）基热障涂层,使用SprayWatch-2i系统测试喷涂过程中粒子飞行速度及表面温度,通过扫描电镜和图像分析技术表征涂层微观结构,利用压痕法测试了断裂韧性和弹性模量,采用基于分形思想的面积-周长幂率定量表征两种工艺条件下孔隙不规则形态,并研究了分形维数对涂层断裂韧性的影响。结果表明:超音速等离子喷涂和普通大气等离子喷涂YSZ涂层孔隙都具有分形特性;超音速等离子喷涂YSZ涂层分形维数是普通等离子喷涂涂层的1.12倍,孔隙结构更复杂,涂层断裂韧性更高。     

Y3Al5O12掺杂对YSZ热障涂层微观结构和高温相稳定性的影响

本文采用大气等离子喷涂技术制备了不同Y3Al5O12含量的YSZ@Y3Al5O12/NiCrAlY热障涂层,研究了Y3Al5O12对YSZ@Y3Al5O12热障涂层的微观组织结构和高温相稳定性的影响.结果表明:等离子喷涂YSZ@Y3Al5O12涂层呈典型的层状结构,Y3Al5O12和YSZ交替沉积.随着Y3Al5O12...     

超音速等离子喷涂抗冲蚀 7YSZ 热障涂层

针对热障涂层在航空发动机低压涡轮导向叶片上应用时易发生冲蚀的问题,使用超音速等离子喷涂(SAPS)方法制备了7%氧化钇稳定氧化锆(7YSZ)热障涂层,对比普通等离子喷涂7YSZ涂层进行了研究。结果表明SAPS涂层熔化效果更好、微观结构更致密且呈小孔隙弥散分布。涂层的结合力、显微硬度、抗热震性能和抗高温冲蚀效果更好。两种涂层的隔热性能在薄涂层时(厚度150μm)相差不大,在厚度达到200μm时SAPS涂层会有降低。     

钛合金基体YSZ复合热障涂层微观结构与热震性能研究

在钛合金表面制备热障涂层,提高钛合金使用温度上限,对于其在航空航天领域的应用尤为重要。本文采用大气等离子喷涂方式,在TA15钛合金表面制备了3种不同结构的热障涂层,研究了涂层热震前后的相结构、微观组织,对比了涂层的热震寿命,分析了其失效机理。研究结果表明,喷涂态涂层为T’相■,热震后涂层未发生相变,GYYSZ/8YSZ复合热障涂层热震寿命比单层8YSZ涂层高2.6倍,比单层GYYSZ高3倍,热膨胀系数不匹配、涂层较低的抗拉强度和钛合金表面氧化物的生成是涂层失效的主要原因。     

纳米YSZ热障涂层制备工艺及涂层环境试验研究

以结合强度为衡量指标,由L9（34）试验确立了等离子喷涂纳米YSZ制备热障涂层的最佳工艺参数。采用SEM对涂层微观组织结构及涂层相关性能进行了研究分析。结果表明,经优化工艺参数喷涂制备的YSZ热障涂层结合强度可达38.26MPa,厚度为0.37mm的该涂层在600℃时的隔热温度达到70℃,且该涂层具有良好的环境适应性。     

TZM 基体上制备 Al2O3 涂层的热冲击性能研究

单节热离子燃料元件为了保证接收极与冷却剂NaK合金及与其接触的装置绝缘,采用等离子喷涂方法在接收极钼钛锆合金(Mo-0.5Ti-0.08Zr,通用牌号为TZM)表面制备了Al_2O_3绝缘涂层。本工作对比研究了经过不同次数的高温(20℃—1250℃—20℃)热冲击后TZM基体上Al_2O_3涂层的相组成、表面形貌、涂层基体的结合强度及涂层表面应力状态。结果表明,热冲击后氧化铝涂层由γ-Al_2O_3和α-Al_2O_3相混合全部变为α-Al_2O_3,涂层孔隙数量增多,涂层表面平整度下降,结合强度由21.1MPa下降到6.7MPa。涂层与基体的应力状态由拉应力转变为压应力。     

喷涂工艺参数对等离子喷涂 CoCrAlTaY-Al2O3涂层的微观组织结构和力学性能的影响

为提高连续退火炉高温炉辊的表面质量,采用大气等离子喷涂技术制备了CoCrAlTaY-30%Al_2O_3涂层,研究了喷涂工艺参数对涂层微观组织结构、相组成和力学性能的影响。结果表明:等离子喷涂CoCrAlTaY-Al_2O_3涂层中两种典型组织Al_2O_3相和合金相交互存在并分散较均匀,涂层主要由Co合金、α-Al_2O_3、γ-Al_2O_3物相组成;喷涂功率、喷涂距离和主气流量均对涂层的微观组织和物相无明显影响;随着喷涂功率的提高,粉末粒子的熔化效果变好、孔隙率降低,在40 kW喷涂功率下,涂层的硬度最高,此时结合强度达到68 MPa;在80～140 mm喷涂距离范围内,粉末大部分已熔化,有少量的未熔颗粒存在,在喷涂距离为120 mm时涂层表面光滑致密,孔隙率较低,结合强度最大为78.6 MPa;主气流量为40L/min时,涂层的孔隙率最小而结合强度最大。等离子喷涂CoCrAlTaY-Al_2O_3涂层的最优工艺参数为喷涂功率40 kW、喷涂距离120 mm、主气流量40 L/min,得到的涂层孔隙率为3.689%、硬度为HV_(0.3) 664.9、拉伸强度78.6 MPa。     

多元稀土掺杂ZrO_2粉末制备与涂层性能研究

稀土掺杂氧化锆热障涂层广泛应用于燃气轮机和航空发动机中以满足其对使用性能和服役寿命的更高要求。本文利用稀土氧化物粉末和氧化锆粉末为原料,采用固相合成法制备了La_2O_3-Gd_2O_3-Yb_2O_3-Y_2O_3-ZrO_2粉末,利用大气等离子喷涂制备LaGYYSZ涂层,利用场发射扫描电镜、X射线衍射和激光拉曼光谱研究了粉末及涂层微观形貌、相结构。结果表明,所制备的La GYYZ粉末基本呈规则实心球,且球形度良好,粒径均匀,其分布范围为30~90μm,且流动性较好,具有良好的高温相稳定性,满足大气等离子喷涂工艺的要求。粉末和涂层均呈四方相/立方相结构,涂层孔隙率13%。在相同测试条件下,LaGYYSZ涂层的隔热性能更优异,较8YSZ涂层提高了18%。     

纳米 YSZ 热障涂层高温时效过程中组织演变研究

燃气轮机长期运行过程中,热端部件如燃烧室内壁和前级涡轮叶片长期经受高温火焰冲击,涂层材料会产生时效行为。在时效过程中,热障涂层会发生组织演变,影响涂层性能与寿命。本文对一种高纯纳米YSZ热障涂层进行了不同温度的时效考核,研究材料在高温中组织演变行为,并对涂层孔隙率变化规律进行了热动力学分析。结果表明,在高温过程中,YSZ涂层中残留的纳米界面会进一步融合并逐渐演变为微米晶;受热动力学机制支配,涂层中孔隙闭合消损,造成涂层孔隙率下降。另外,本文还统计分析了涂层的相变行为。     

双尺度 WC-CoCr 涂层的组织结构分析

微纳米复合结构的碳化钨涂层的性能引人关注。以纳米碳化钨(≤200nm)、亚微米碳化钨(0.8μm)和微米碳化钨(2μm)为原料,制备了两种双尺度的微纳米复合结构碳化钨喷涂粉末,采用超音速火焰喷涂工艺制备了相应的涂层。利用扫描电镜、能量色散X射线光谱仪和透射电镜对涂层的物相结构进行了分析。结果表明,纳米微米复合粉涂层中的碳化钨保留率为96.7%;纳米亚微米复合粉末制备的涂层碳化钨保留率为92.5%。两种涂层中,W_2C均分布在WC附近,大颗粒WC颗粒仍保持原来的尖角形,小尺度WC颗粒部分呈圆角形,纳米-亚微米涂层中Co_3W_3C相分散于WC与非晶相之间。     

等离子弧处理纳米氧化锆粉末结构演变研究

本文采用大气等离子喷涂—纯净水捕获技术,研究了纳米氧化锆(YSZ)粉末在等离子焰流熔化过程中颗粒状态演变历程。研究表明,纳米氧化锆团聚粉在等离子喷涂过程中因纳米晶的长大和熔化而呈现出明显的致密化收缩趋势,同时由于粉末颗粒在等离子焰流区停留时间和受热程度不同,通过熔融急冷与内部气体膨胀的双重作用,粉末外观分别经历了"微裂纹型"、"熔融针状气孔型"以及"密实球壳型"等不同阶段形貌。粉末内部结构的演变则进一步揭示了在高温高速等离子焰流中纳米团聚颗粒因内外巨大温差和不同熔融状态下的热量传导效果,产生了不同热应力程度下的径向内外收缩效应,从而表现出粉末内部弥散"微裂纹孔隙"、"均匀球形孔隙"以及空心结构等阶段性结构变化。上述演变过程可为纳米氧化锆涂层的制备应用和性能改进提供必要的数据参考。