高炉风口上超音速火焰喷涂金属-陶瓷梯度层的可行性

在高炉风口表面制备一层适宜的金属-陶瓷梯度热障涂层,是提高风口寿命的一种有效的方法.本文旨在验证在风口上制备金属-陶瓷梯度保护层,提高高炉风口寿命的可行性.通过大型的有限元仿真软件AN-SYS,模拟分析了在紫铜表面喷涂陶瓷热障层的隔热效果,并且探讨了HVOF涂层的性能.结果发现,仅仅0.4 mm厚的ZrO2涂层就可以使铜基体温降200℃左右,而且超音速火焰喷涂打底的金属-陶瓷涂层的抗氧化性、热震性优于其他喷涂方法,这表示能够从材料和工艺两方面解决风口喷涂陶瓷层易脱落的问题.证明了在风口上喷涂金属-陶瓷梯度热障涂层的可行性以及利用HVOF打底层制备金属-陶瓷热障层的优势.     

超音速微粒轰击粘结层对热障涂层抗氧化性能的影响

较长时间高温氧化,会使金属粘结层与热生长氧化物界面处贫铝,造成热喷涂陶瓷层失效.对金属粘结层进行超音速微粒轰击,可以增加铝扩散的浓度梯度,提高热障涂层的抗氧化能力.采用等离子喷涂(APS)在镍基高温合金GH99上制备了热障涂层,并对粘结层进行了超音速微粒轰击处理,研究了该处理工艺对粘结层显微结构及高温氧化行为的影响.结果表明:APS热障涂层经1 050 ℃、96 h氧化后.热生长氧化物层产生大量非保护性混合氧化物;超音速微粒轰击工艺使粘结层表层区域产生大量位错等缺陷,涂层经1 050 ℃、3 h氧化后进入稳态氧化期,同时出现Al在粘结层表层的富集,经1 050 ℃、196 h氧化后粘结层无加速氧化趋势,热障涂层的抗高温氧化性能得到提高.     

等离子喷涂纳米结构与传统结构热障涂层的残余应力对比研究

热障涂层的残余应力是影响其服役寿研究不多.在45钢基体上,用超音速火焰喷涂NiCocrAlY打底层,再用大气等离子喷涂ZrO2-8%(质量分数)Y2O3(8YSZ)工作层,制备了纳米结构与传统结构2种类型的热障涂层(TBC).采用SEM、XRD对这2种涂层的粉末及涂层进行了组织结构分析,用纳米压痕仪测得了2种涂层的弹性模量.用X射线衍射应力测试仪测得了2种涂层的表层残余应力.结果表明:喷涂工艺参数相同条件下,对于打底层及工作层的厚度均相同的2种涂层,纳米结构热障涂层的表层残余应力比传统结构热障涂层约低24.7%;相同打底层的纳米结构热障涂层表层残余应力随着陶瓷层厚度增加而增加,陶瓷层厚度在240 um以下时,表层为残余压应力;厚度超过300 um时,表层为残余拉应力.最后提出了相应的物理力学模型.     

涂层结构设计对等离子喷涂陶瓷层结合强度及其应力的影响

用等离子在45#碳钢上喷涂了不同涂层设计的Al2O3以及Al2O3+130mg·g-1TiO2陶瓷层.用X-射线衍射法和拉伸实验测量了涂层表面层中的残余应力及结合强度.增加粘结层和过渡层能大大地克服陶瓷涂层与基材机械的以及热的不匹配性,使涂层的应力和结合强度都得到明显改善.此外,SiO2能改善ZrO2陶瓷层与基材以及陶瓷层内部的结合程度,使涂层内应力松弛并使其结合强度提高.然而SiO2添加剂只有在高熔点陶瓷层中(如ZrO2),"液相烧结"作用才明显,而在熔点较低的陶瓷层中(如Al2O3),这种作用并不明显.在用等离子喷涂低熔点Al2O3陶瓷时,添加适量的低熔点TiO2陶瓷是必要的.     

热喷涂及电子束物理气相沉积技术在热障涂层制备中的应用

对常用热障涂层制备技术,包括火焰喷涂、爆炸喷涂、大气等离子喷涂、高能等离子喷涂、超音速等离子喷涂、低压等离子喷涂、溶液注入等离子喷涂及电子束物理气相沉积技术进行了综述.介绍了上述几种制备技术的原理、工艺特点、存在不足及解决措施.认为发展爆炸喷涂工艺、溶液注入等离子喷涂工艺与EB-PVD工艺及其在新型热障涂层制备中的应用将是热障涂层制备技术研究的重点.     

HVOF和APS喷涂制备掺杂超细Al2O3颗粒复合CoNiCrAlY涂层研究

在MCrACY中添加一定量Al2O3可提高其高温磨损性能.为此,将CoNiCrAlY和微米级Al2O3粉末颗粒按比例混合后在密封球磨机里球磨,筛分后得到复合CoNiCrAlY/Al2O3粉末颗粒.分别采用超音速火焰(HVOF)喷涂和大气等离子(APS)喷涂制备复合CoNiCrAlY/Al2O3涂层,并对喷涂粉末及2种涂层的形貌及性能进行了分析表征.SEM分析显示粉末颗粒内部含弥散分布的超细Al2O3颗粒.2种方式制备的涂层都含有弥散分布的超细Al2O3颗粒.HVOF制备的涂层中保留超细Al2O3颗粒较好.APS制备的涂层中超细Al2O3颗粒有所减少,涂层层间形成大量层状氧化物.2种方式制备的涂层中,HVOF制备的涂层硬度、结合强度高.     

镀铝表面改性7YSZ纳米热障涂层热震性能分析

为提高7YSZ纳米热障涂层的热震性能,实验中采用超音速火焰喷涂(HVOF)在涡轮叶片模拟工件上制备了粘结层NiCrCrAlYTa,再使用大气等离子喷涂(APS)在粘结层上制备了7YSZ纳米陶瓷层。采用磁控溅射在7YSZ热障涂层样品表面镀铝,并在不同压力下(200、250、300 Pa)对镀铝样品进行热处理表面改性。对喷涂态样品和镀铝改性后样品进行水淬热震实验,1050℃保温10 min+水冷5 min为一个热循环,观察热障涂层镀铝改性前后样品在水淬热循环过程中形貌和结构演变。实验结果表明,镀铝改性后样品表面存在铝薄膜蒸发、凝固后形成的疏松纳米Al晶粒表层以及由Al和ZrO_2原位反应形成的致密α-Al_2O_3底层。在镀铝样品热处理过程中,随着压力升高,疏松层致密度逐渐增加。不同热处理压力下镀铝表面改性后样品经过73次水淬热循环后剥落面积均小于喷涂态样品,显示出良好的抗热震性。     

超音速火焰喷涂技术的现状及展望

超音速火焰喷涂(HVOF)技术是一种可在表面高效率地形成涂层的工艺方法,该法具有火焰速度高,温度比等离子喷涂低,涂层结合强度高、致密性好、耐磨等优点.主要介绍了超音速火焰喷涂的原理、发展历程及研究现状,并展望了其未来发展趋势.     

镀铝表面改性7YSZ纳米热障涂层热震性能分

为提高7YSZ纳米热障涂层的热震性能, 实验中采用超音速火焰喷涂(HVOF)在涡轮叶片模拟工件上制备了粘结层NiCrCrAlYTa, 再使用大气等离子喷涂(APS)在粘结层上制备了7YSZ纳米陶瓷层。采用磁控溅射在7YSZ热障涂层样品表面镀铝, 并在不同压力下(200、250、300 Pa)对镀铝样品进行热处理表面改性。对喷涂态样品和镀铝改性后样品进行水淬热震实验, 1050℃保温10 min+水冷5 min为一个热循环, 观察热障涂层镀铝改性前后样品在水淬热循环过程中形貌和结构演变。实验结果表明, 镀铝改性后样品表面存在铝薄膜蒸发、凝固后形成的疏松纳米Al晶粒表层以及由Al和ZrO₂原位反应形成的致密α-Al₂O₃底层。在镀铝样品热处理过程中, 随着压力升高, 疏松层致密度逐渐增加。不同热处理压力下镀铝表面改性后样品经过73次水淬热循环后剥落面积均小于喷涂态样品, 显示出良好的抗热震性。     

等离子喷涂制备热障涂层的研究进展

等离子喷涂是制备热障涂层最常用的技术。综述了大气等离子喷涂、超音速等离子喷涂、低压等离子喷涂制备热障涂层的研究进展,分析了这3种制备技术的优缺点,并对等离子喷涂制备热障涂层的发展趋势进行了展望。     

等离子喷涂纳米ZrO_2-8%Y_2O_3涂层的结构及性能

热障涂层能提高工件的性能,延长其使用寿命,但目前对其厚度0.5 mm以上的研究报道不多.为此,以纳米ZrO2-8%(质量分数)Y2O3粉末(YSZ)为原料,用等离子体喷涂法制备了3种厚度(0.6,0.8,1.2 mm)的热障涂层,并对涂层的结构和性能进行了研究.结果表明:纳米涂层主要由未熔粉末及周围的柱状晶、等轴晶组成,可观察到大量纳米晶,喷涂电流对组织结构的影响远大于喷涂距离;热障涂层结合强度随涂层厚度的增加而降低;涂层隔热性能随涂层厚度的增加而提高,温度越高优势越明显.     

等离子喷涂制备钢质涂布刮刀陶瓷涂层

以涂层平面度为评价标准,通过正交试验优化等离子喷涂工艺参数,在普通蓝钢刮刀上制备Al2O3-20%TiO2涂层,并对涂层的显微形貌、结合强度和耐磨性进行了研究.结果表明:弧电流550 A,喷涂距离100 mm,走枪速度0.8 m/s时等离子喷涂制备的Al2O3-20%TiO2涂层平面度最优;涂层具有良好的结合强度和耐磨性,结合强度大于30 MPa;磨粒磨损机理为切削和脆性断裂或脱落磨损.     

等离子喷涂工艺参数对FeCrBSi合金涂层结合强度的影响

采用等离子喷涂工艺在Q235钢基体上直接制备了FeCrBSi合金涂层,使用正交试验法研究了喷涂工艺参数对涂层结合强度的影响,并对喷涂工艺参数进行了优化,同时在优化参数的基础上进一步研究了涂层厚度对结合强度的影响。结果表明：等离子喷涂制备FeCrBSi合金涂层的最佳工艺参数为喷涂电流900A,主气流量44．8L·min-1,辅气流量27．8L·min-1,喷涂距离110mm;采用最佳工艺制备的涂层与基体的结合强度为18．2MPa,内聚强度为33．5MPa;随着涂层厚度的增加,涂层与基体的结合强度明显下降,而涂层的内聚强度先上升后下降,较佳的涂层厚度为347．2μm。     

制备参数对等离子喷涂热障涂层高温冲蚀性能的影响

燃机热端部件热障涂层实际服役过程中不可避免发生高温冲蚀,引起涂层失效。采用等离子喷涂工艺制备不同喷涂距离、不同喷涂功率的热障涂层,并对其进行1 000℃/60°高温冲蚀试验,研究制备参数对热障涂层耐高温冲蚀性能的影响规律。结果表明:42 kW功率制备涂层,随喷涂距离的增加(110,120,130 mm),涂层耐高温冲蚀性能降低,冲蚀率显著增大(31.40,45.11,76.79 mg/g);110 mm喷涂距离下制备涂层,随喷涂功率的增加(39,42 kW),涂层耐高温冲蚀性能提高,冲蚀率减小(58.86,31.40 mg/g);涂层力学性能是影响其高温冲蚀性能的重要因素。     

不同喷涂工艺下NiCoCrAlYTa涂层的显微结构和性能

为探索不同喷涂工艺对NiCoCrAlYTa涂层的显微结构和性能的影响规律,确定最优工艺,采用大气等离子、低压等离子、常规超音速火焰和低温超音速火焰4种工艺在镍基单晶高温合金表面制备了NiCoCrAlYTa涂层。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和显微硬度计等分析手段对喷涂态涂层的相组成、显微结构和显微硬度等进行了表征。结果表明,不同喷涂工艺下涂层的相组成均为γ′-Ni_3Al、β-NiAl和γ-Ni固溶体。低压等离子和超音速火焰喷涂的涂层致密且孔隙率低,其中超音速火焰喷涂的涂层孔隙率低于1%。低压等离子和低温超音速火焰喷涂的涂层氧含量很低,控制在0.3%~0.6%的范围。综合来说,低温超音速火焰喷涂工艺制备的涂层结构致密,孔隙率和氧含量很低。该工艺是沉积NiCoCrAlYTa涂层的首选。     

Preparation and Properties of Plasma Spraying Cu-Al2O3 Gradient Coatings

In order to overcome the limitations of low adhesion strength and poor thermal-shock resistance of pure ceramic coatings, Cu-Al2O3 gradient coatings were fabricated by plasma spraying. The microstructure and distribution of Cu-Al2O3 gradient coatings were analyzed. The adhesion strength, thermal-shock resistance and porosity of the coatings were tested. The results show that the composition of the gradient coatings has a gradient distribution along the thickness of coatings. As copper has a relatively low melting point and the molten copper has good wettability on the surface of Al2O3, it can be melted sufficiently and could fill the interstices and pores among the spraying particles effectively, thus improves the adhesion strength, thermal shock resistance and reduces the porosity. The adhesion strength of the gradient coating is 15.2 MPa which is two times of that of the double-layer structure coating.     

低压等离子喷涂技术及研究现状

低压等离子喷涂作为一种热喷涂技术,相比于传统的大气等离子喷涂技术以及气相物理沉积,可制备更加纯净、更为致密、结合强度更高的涂层。主要介绍了低压等离子喷涂的原理、分类及特征,回顾了低压等离子喷涂的产生及发展历程,并与等离子喷涂、超低压等离子喷涂和等离子喷射沉积相比较,分析了其在涂层制备上的独特优势。进一步叙述了低压等离子喷涂技术在制备热障涂层、燃料电池、太阳能、半导体等领域的国内外研究及应用情况,并对其发展进行了展望,指出低压等离子喷涂技术未来的重点发展方向在于对等离子喷涂焰流与材料基板作用机理进行深入研究,以及与其他前沿技术进行复合。     

等离子沉积氧化锆涂层显微组织及性能研究

目的以氧化锆粉末作为喷涂材料,使用等离子喷涂的方式制备出性能优异的氧化锆涂层。方法通过不同的工艺参数来对涂层的显微组织及性能进行优化,分别利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析仪(XRD)等方法,研究了工艺参数对涂层显微组织影响,并通过高温氧化测试来研究涂层的抗高温性能。结果在其他喷涂条件固定的情况下,涂层的厚度与喷涂时送粉量有关,送粉量越高则涂层厚度越大;当改变喷涂距离时,涂层的致密度则随着喷涂距离的增加而降低;在高温氧化40h后,涂层表面没有发生明显变化。结论通过等离子喷涂制备的氧化锆涂层具有较好的致密度,孔隙率最低仅为3.24%;涂层具有良好的热稳定性,能够长时间在高温下稳定使用。     

Fe3Al-Al2O3陶瓷梯度涂层性能研究

利用等离子喷涂制备了不同成分设计的多种Fe3Al-Al2O3陶瓷复合涂层，采用金相显微镜、SEM、XRD及电子探针等手段，研究了涂层的微观组织及成分分布，并对涂层的结合强度、显微硬度及抗热震性能进行了试验研究。结果表明，Fe3Al过渡层的引入可有效地改善涂层的质量，Fe3Al金属间化合物是钢基体上制备陶瓷涂层较为理想的过渡材料。涂层成分的梯度化有利于涂层结合强度和抗热震性能的提高。     

BSAS喷涂粉体制备工艺及其对涂层性能的影响

采用不同工艺制备BSAS(BaO-SrO-Al_2O_3-SiO_2)喷涂粉体。研究喷涂粉体特性及其对等离子喷涂工艺制备的环境障涂层结构和性能的影响。结果表明:粉体造粒工艺制备的BSAS喷涂粉体颗粒不均匀,流动性差。制备的涂层粗糙,孔隙率高,结合强度为24.1MPa;造粒烧结工艺制备的BSAS喷涂粉体表面圆滑,流动性好,沉积效率高。制备的涂层结构均匀,少孔隙,无裂纹,结合强度达到29.8MPa,涂层中BSAS相保留率最高,达到53.2%;熔融破碎工艺制备的BSAS粉体呈致密不规则块状,虽然流动性好沉积效率高,制备的涂层光滑且孔隙极少,但微裂纹较多,结合强度仅为14.2MPa,粉体经喷涂后发生相结构重组,BSAS相保留率为20.5%,对涂层的高温性能不利。分析认为,造粒烧结工艺制备BSAS粉体具有工艺过程简化、粉体质量好、相稳定性高等优点,更适合于等离子喷涂的要求。