YSZ 粉末结构特征对其 PS-PVD 热障涂层 形貌影响的研究

热喷涂粉末材料特性对涂层组织形貌通常具有重要影响。PS-PVD技术作为一种新兴的热障涂层制备技术,受到了国内外的广泛关注,但粉末材料特性对YSZ热障涂层沉积形貌影响的研究尚待深入。本文采用化学沉淀、喷雾造粒等方法制备了适于等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)的YSZ球形团聚粉末,通过制备工艺参数的调节获得了具有不同结构特征的YSZ粉末,并对其进行了PS-PVD涂层沉积试验研究。研究结果表明,YSZ粉末在PS-PVD等离子射流中实现有效气化,首先需要粉末具有合适的粒径,粉末过粗或过细均不利于粉末气化及类柱状晶涂层结构的形成,通常D10不大于3μm、D_(50)处于5-10μm、D_(90)不大于25μm的YSZ粉末更容易气化;当粉末粒度范围和松装密度接近,内部疏松程度不同时,"二次团聚"造粒粉末经射流后气化沉积效果明显优于仅"一次团聚"粉末;对粉末进行不同程度的致密化处理后,其内聚强度和松装密度变高,由于粉末过于致密难以实现有效气化,涂层沉积速率低;而内聚强度适中,松装密度为1g/cm~3左右的粉末沉积效果较好。     

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。     

低压等离子喷涂纳米YSZ-Al_2O_3涂层组织性能的研究

低压等离子喷涂纳米氧化锆热障涂层,具有独特的组织结构。纳米团聚颗粒在高温等离子射流中部分熔化后沉积到基体上,团聚颗粒能够保留部分纳米结构,形成一种以纳米晶为主的纳米-微米二元结构涂层,为热障涂层的制备提供了一种新的技术方案。YSZ涂层高温服役中,纳米晶粒容易烧结长大。本文通过向YSZ粉体中加入少量的纳米α-Al_2O_3,探讨其抑制YSZ热生长的机制。首先制备了YSZ-Al_2O_3纳米混合物团聚粉末,并借助低压等离子喷涂技术制备涂层。结果表明纳米晶区占主导地位,纳米晶区嵌有少量的微米晶粒。涂层经1400℃,10h热处理,微观组织结构分析表明,α-Al_2O_3的加入对YSZ晶粒热生长具有部分抑制作用。     

高能等离子喷涂TBCs热循环失效机理研究

本文研究了高能等离子喷涂和大气等离子喷涂两种工艺中粉末束流的特点,并采用两种喷涂工艺制备YSZ涂层,通过观察涂层在热循环条件下的微观组织变化,探讨了高能等离子喷涂YSZ涂层的热循环失效机理。结果表明,采用高能等离子喷涂工艺时,粉末粒子的速度可达430m/s,而采用常规大气等离子喷涂时,其速度仅为275m/s;采用高能等离子喷涂工艺制备的YSZ涂层的结合强度可大于60MPa,而大气等离子喷涂的YSZ涂层的结合强度为45MPa;与大气等离子喷涂相比,高能等离子喷涂工艺制备的YSZ涂层的热循环寿命可提高20%;在热循环过程中涂层内可形成垂直裂纹,但两种涂层的热循环失效方式相似。     

超低压等离子喷涂YSZ涂层显微组织结构研究

采用超低压等离子喷涂技术(Plasma Spray-Physical Vapor Deposition,PS-PVD)制备了YSZ涂层,对涂层的显微组织结构进行了分析,并对比了粘结层表面不同预处理对于YSZ涂层生长趋势的影响规律。研究结果表明:MCrAlY涂层致密,孔隙率为1.5%,结合强度达83.2MPa;YSZ涂层呈现明显的柱状晶结构。粘结层表面粗糙度对柱状晶生长方向影响较大,表面粗糙度越小,柱状晶生长方向越趋于一致,基本沿法向生长。在超低压状态下,涂层不存在"遮蔽效应",可实现异型面涂层制备。     

碳化钨颗粒尺寸对WC-CoCr粉末及涂层物相的影响

为了研究碳化钨颗粒尺寸对WC-Co Cr涂层物相的影响,本文选取了4种粒径的碳化钨颗粒为原料,采用喷雾干燥-烧结法制备了对应的喷涂粉末,采用超音速火焰喷涂法制备了相应的涂层。根据粉末及涂层X射线衍射结果,利用绝热法计算了粉末及涂层中各物相的相对含量,结果表明随着WC颗粒尺寸的增大,粉末及涂层中的碳化钨保留率增加,碳化钨粒径为2μm时,粉体中WC保留率为98.28%,涂层中WC保留率为97.11%;但碳化钨颗粒粒径分别为0.18μm和0.2μm,粉末和涂层的物相受碳化钨内部微观缺陷的影响明显,较多缺陷的碳化钨颗粒更易形成Co3W3C相,碳化钨保留率降为58.17%。     

HVOF制备WC-12Co太阳能选择性吸收涂层性能的研究

本文选用微米、亚微米和纳米结构三种WC-12Co金属陶瓷复合材料,采用超音速火焰喷涂方法（HVOF）制备了金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层,测量了WC-12Co太阳能选择性吸收涂层的吸收率和发射率,并探讨了制备工艺、粉末中WC颗粒尺寸和涂层厚度对涂层性能的影响。     

YSZ粉末致密度对涂层性能的影响

为了研究YSZ粉末特性对热障涂层性能的影响,选择三种通过造粒烧结工艺制备的商用YSZ粉末,测试对比了粉末颗粒的各项性能,发现三种粉末仅致密度存在显著差异。在两种不同功率条件下采用等离子喷涂工艺利用三种YSZ粉末制备了热障涂层,观察了涂层的金相组织和断口形貌,测试了涂层孔隙率和结合强度,并采用电弧风洞考核了涂层的服役性能。研究结果表明,粉末致密度对涂层性能有显著影响,致密度高的YSZ粉末喷涂过程中熔融状态更好,涂层的孔隙率更低,结合强度更高;针对致密度低的粉末,增大喷涂功率可改善粉末的熔融状态,从而改善涂层的性能。经工艺调控制备的孔隙率和结合强度相近的涂层具有相当的隔热防护效果。     

电子束物理气相沉积YSZ热障涂层研究

热障涂层陶瓷面层常用的材料为6%～8%(质量分数)Y2O3部分稳定的ZrO2(YSZ).利用电子束物理气相沉积法(EB-PVD)制备了YSZ热障涂层,并对其显微结构、相组成进行了分析.结果表明,YSZ涂层具有典型的EB-PVD制备涂层的柱状晶结构,相成分为t/t'相.     

TiAl预合金粉末表征及后续热压烧结组织特点

采用激光粒度分析仪、金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)等手段,对气雾化工艺制备的TiAl基预合金粉末及其真空热压烧结组织进行研究。结果表明:采用气雾化工艺制备的预合金粉末颗粒细小,具有良好的球形度,粉末粒径主要分布在20.0~40.0μm之间,不同尺寸的粉末,其表面和内部组织形貌不同。小粒径粉末内部及表面均呈现无组织特征形貌,随着粉末颗粒尺寸的进一步增大,粉末表面及内部形貌均逐渐由胞状晶向树枝晶转变;经真空热压烧结后,其微观组织致密均匀,表面形貌平整无孔洞,内部形貌呈双态组织。     

Microstructure and thermal cycling behavior of nanostructured yttria partially stabilized zirconia (YSZ) thermal barrier coatings

Nanostructured yttria partially stabilized zirconia(YSZ) coatings were prepared by atmospheric plasma spraying(APS) using the conglomeration made by zirconia nanoparticle as the raw materials.The measurement methods,which consisted of scanning electron microscopy(SEM),transmission electron microscopy(TEM) and thermal cycling behavior,were used to character the morphology,composition and thermal oxidation behavior of the powder and the coatings.From the results,it was shown that the YSZ coating was the laminar structure,and the elements distribution in the bond and top coat were well-proportioned.The YSZ coatings were composed of fine grains with size ranging from 30 to 110 nm.The laminar layers with columnar grains were surrounded with unmelted parts of the nanostructured powder and some equiaxed grains.In the as-sprayed nanostructured zirconia coatings,there existed pores that were less than 1 μm.The cracks were observed on some of the crystal border.The cyclic oxidation experiment showed that the nanostructured coating had longer thermal cycling lifetime to exhibit the promising thermal cyclic oxidation resistance.The failure of the nanostructured TBC was similar to the failure of conventional APS TBC.     

纳米氧化锆热障涂层高温性能演变研究

采用大气等离子喷涂技术制备了纳米氧化锆热障涂层。利用FESEM、XRD和拉曼光谱开展了纳米氧化锆热障涂层的微观组织和物相组成的高温演变研究。微观组织分析结果表明,纳米氧化锆热障涂层始终保持着独特的“纳米-微米”双态结构,而其中纳米晶粒大小随着服役温度和服役时间的增加而增大,但仍保持纳米结构;物相分析结果表明,纳米氧化锆热障涂层主要由非平衡四方相组成,并不随服役环境的变化而变化;而拉曼峰形状及位置的变化则进一步揭示了高温服役环境会造成涂层组织缺陷减少和声子散射降低,从而导致热导率的上升。     

Formation and Characterization of Plasma Sprayed Photocatalytic TiO2- ZnO Nano- Compounded Coatings

Two kinds of TiO2-ZnO nano-compounded powders aggregated by spray-drying process and evaporation method were used to deposit photocatalytic coatings by atmospheric plasma spraying technique. The phase compositions, morphologies of the agglomerated TiO2-ZnO powders and the as-sprayed coating were characterized using X-ray diffraction (XRD) and field emission scanning electron microscope (FESEM) respectively. Furthermore, roughness measurements were carried out on their surfaces of the plasma sprayed TiO2-ZnO nano-comPounded coatings. Compared with the TiO2ZnO nano-compounded coating deposited from the spray-dried powder, it was found that the TiO2-ZnO nano-compounded coating deposited from the evaporated powder possesses higher anatase phase. It is ascribed to the existing of partially melted or non-melted microstructure in the TiO2-ZnO coating deposited from the evaporated powder. The partially-meltedor non-melted microstructure was retained from the starting agglomerated powder. This microstructure is beneficial to improve the photocatalytic properties of plasma sprayed TiO2-ZnO nano-compounded coatings.     

Synthesis and nanoindentation study of high-velocity oxygen fuel thermal-sprayed nanocrystalline and near-nanocrystalline Ni coatings

In the present work, the nanoindentation technique was used to study the behavior of nanocrystalline Ni coatings. Two different types of Ni coatings were synthesized. One of the coatings was prepared with a commercial-grade Ni powder (as received, near-nanocrystalline), and the second coating was sprayed with the same powder, after having been mechanically milled in liquid nitrogen for 15 hours (nanocrystalline). Identical high-velocity oxygen fuel (HVOF) spray parameters were used for both types of coatings. The oxide-phase content in each coating was analyzed. The microstructure and properties of the milled powders and as-sprayed coatings were characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and nanoindentation. The average grain size of the as-received powder was 140±52 nm, and that of the as milled powders was 15.7±5.1 nm. The near-nanocrystalline coating microstructure was composed of grains with an average grain size of 280±39 nm, and the nanocrystalline coating was composed of nanocrystalline grains with an average grain size of 92±41 nm. The nanoindentation technique was applied to characterize the coating hardness under different penetration depths. The indentation size effect (or ISE) has been observed and correlated to the microstructure of the coatings. The results show that the assumption of geometrically necessary dislocations was valid for this study. A critical indentation depth was identified for measuring the intrinsic properties of the constituent material of the coating (≲500 nm).     

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。     

氧化锆球体表面机械球磨涂覆钛涂层工艺研究

采用机械球磨涂覆技术在1 mm氧化锆球体上制备钛涂层, 研究了球料比、球磨时间及球磨气氛对钛涂层形成的影响, 利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)、X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)及超声波对钛涂层的显微结构及物理性能进行了表征。结果表明, 钛涂层厚度随球磨时间、球料比的增加先增加后减小, 球磨30 h的涂层平均厚度最大, 约为76 μm, 球料比2.5:1.0的涂层平均厚度最大, 约为73 μm; 钛涂层结合强度随球磨时间的增加先增加后减小; 球磨过程中适当增加球料比, 可缩短涂层的形成时间; 在球磨过程中间歇性引入空气, 球磨罐中的钛粉易被氧化成TiO, 导致涂层形成困难, 故而球磨过程处于密封状态更有利于钛涂层的形成。     

喷涂参数对内送粉等离子喷枪制备YSZ涂层微观结构和性能的影响

为了进一步提高大气等离子喷涂YSZ热障涂层性能并降低其成产成本,开发了内送粉等离子喷枪.本文采用Spray Watch 2i在线监测系统测量了YSZ粉末粒子温度和飞行速度,采用实验室手段表征了涂层的微观结构、结合强度、弯曲性能和抗热震性能.研究结果表明,内送粉方式下喷涂距离对涂层微观结构和性能的影响规律与外送粉相似,而电流和主气流量表现出了独特的作用效果：随电流的增大,涂层综合性能先增加后降低,高电流下制备的涂层结合强度较低;在30～50 L/min范围内,增大主气流量可显著提高涂层结合强度.与外送粉最优参数制备YSZ涂层相比,内送粉时的功率消耗大幅降低,但粒子熔化效果明显增强,相同送粉速率下粉末沉积效率略有增加,涂层热循环寿命有所提高.     

硼化钼基涂层的制备及耐磨抗蚀性能研究

针对连续热镀锌生产线中沉没辊、 轴套等零部件的腐蚀磨损问题, 采用造粒烧结制备了 MoB-Al2O3(MA) 复合陶瓷粉末 , 采用等离子喷涂工艺制备了 MA 复合陶瓷涂层, 测试了涂层的显微组织、 显微硬度及耐熔融锌液 腐蚀磨损性能。 结果表明, 涂层显微组织均匀, 显微硬度约 1300HV100。 采用细粒度粉末、 粘结底层和封孔工艺 制备的 MA 涂层具有更好的抗腐蚀磨损能力, 经腐蚀磨损试验后涂层保持完整, 没有发生明显的腐蚀磨损。     

HVOF喷涂Cr3C2-NiCr涂层：粉末颗粒形貌和喷涂参数对涂层微观组织、性能和高温耐磨性的影响

热喷涂碳化铬涂层广泛应用于高温耐磨环境。在这样高温的恶劣环境下,许多相会产生分解、氧化以及涂层组织变化,从而影响其耐磨性。尽管可以认为Cr3C2-NiCr涂层在高温条件下的组织分解将取决于喷涂微观结构和喷涂参数,但在这方面的研究较少。本文旨在设计出更好的喷涂参数,以提高碳化铬涂层在高温滑动磨擦磨损条件下的显微结构性能。通过X-射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）观察两种Cr3C2-NiCr相所形成的涂层组织,并且观察飞行颗粒的温度和速度。本文研究了800％下滑动摩擦行为与喷涂参数和涂层微观结构的关系,同时测量涂层在滑动磨擦前后的维氏硬度（300gf）。