等离子喷涂功能梯度涂层抗热震性研究

对等离子喷涂方法制备的金属-陶瓷功能梯度涂层的抗热震性能进行了研究,结果表明:2mm厚金属陶瓷功能梯度涂层整体热震35次后涂层从铝基体上整体剥落失效,主要原因为热震冷却时最大热应力位置在基体与涂层界面位置,位于试样边缘处靠近基体一侧,使铝基体产生周期塑性变形,最终导致基体与涂层的热疲劳失效,同时基体与涂层中金属组元的氧化行为促进了涂层的剥落.     

ZrO2-Ni功能梯度材料的热冲击与热疲劳行为

通过抗热震参数分析和热循环试验研究了ZrO2-Ni功能梯度材料（FGM）的热冲击与热疲劳行为及其影响因素。结果表明,ZrO2-Ni FGM热热震参数呈梯度分布,ZrO2侧抗热冲击断裂能力强而富Ni区热疲劳抗力高。其热震破坏符合热疲劳损伤机理,裂纹的准静态扩展为其控制因素。热疲劳裂纹在梯度层内以微孔聚集、连接方式萌生和扩展,而在梯度层间无横向贯穿裂纹,克服了传统陶瓷／金属结合体的界面热应力剥离问题。     

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。     

超音速火焰喷涂TiB_2-40Ni金属陶瓷涂层及其抗热震性能

热镀锌过程中,锌锅内各零件涂层会受到冷热冲击作用易失效。采用超音速喷涂工艺在不同丙烷流量下,在Q235低碳钢表面制备了3种Ti B_2-40Ni金属陶瓷涂层,通过水淬法测试涂层的抗热震性能。通过扫描电镜分析了3种涂层在不同温度下热震后的表面和截面形貌,研究了涂层的抗热震性能。结果表明:在600℃时,随着热震次数的增加,3种涂层中裂纹扩展均变严重,并且以丙烷流量为30 L/min所得涂层的抗热震性能最差,丙烷流量为36 L/min所得涂层的最好;在800℃热震条件下,3种涂层失效较快,并且在涂层表面形成了较多的交叉裂纹,涂层中裂纹扩展严重,导致涂层与基体界面处出现腐蚀现象。     

等离子喷涂制备铪酸钇热障涂层及其性能的研究

采用大气等离子喷涂(APS)设备在高温合金(GH49)基体上制备了Y2Hf2O7热障涂层.采用金像显微镜对所制得涂层的截面进行观察,并对其孔隙率进行测量,测得结果为13.77％.采用对耦拉伸法对制得涂层的结合强度进行测试以检验涂层基本性能,所得结合强度为25.13MPa.为检验涂层抗热冲击性能,对涂层试样实施整体热冲击实验,经10次整体热冲击后表现为边缘处出现少量的剥落,其失效主要是在陶瓷层粒子与黏结层的界面处.陶瓷层与金属黏结层界面处因热膨胀系数差异导致的热应力和陶瓷层自身强度较低是涂层失效的主要原因.     

等离子喷涂ZrO2热障涂层的抗热震性能

为了进一步了解等离子喷涂ZrO2涂层的制备及失效控制措施,提高涂层的使用寿命,研究了涂层在水淬和火焰喷烧两种条件下的抗热震性能.结果表明:水淬条件下垂直裂纹主要分布在距涂层中心12mm范围内,随热震次数的增加,垂直裂纹最终进入次表层,靠近中心处裂纹扩展较快;火焰喷烧条件下垂直裂纹分布在距涂层中心10 mm范围内,随热震次数的增加,裂纹在表面层和次表层界面处发生偏转,中心处裂纹扩展较快;火焰喷烧条件下涂层的抗热震性能优于水淬下,涂层中孔隙的存在加速了两种条件下裂纹的扩展.     

多功能复合陶瓷涂层的组织与性能研究

本工作试验研究了用于机械,尤其是石油化工机械中的具有耐磨、耐蚀和耐热等多功能的陶瓷涂层。以氧化铬为研究对象,采用等离子喷涂技术,研究解决热喷涂陶瓷涂层中的三个主要问题,即涂层中的残余应力、微孔洞和层间界面的弱结合。为此,系统研究了喷涂工艺参数波动、涂层结构和添加剂对氧化铬陶瓷涂层组织和性能的影响及其相互关系;涂层的热震、磨损和腐蚀失效规律和机制;建立了陶瓷涂层抗热震失效寿命的表达式。结果表明,影响涂层性能最重要的工艺参数为电弧电流,其次为涂层厚度。从基体到陶瓷层,通过涂层成分逐渐变化可以制备梯度涂层,并且多层复合涂层的综合性能优于双层涂层,其中,四层阶梯复合涂层的综合性能最佳,其次是五层梯度涂层。在氧化铬材料中,加入3.0％氧化铈,可降低涂层中的孔隙率和孔洞尺寸,从而提高氧化铬涂层的综合性能;陶瓷涂层热震失效的本质为热疲劳失效。在滑动磨损条件下,涂层的磨损失效主要是循环接触应力导致的疲劳磨损。涂层的腐蚀失效是陶瓷层自身的化学腐蚀和粘结结层/基体界面的电化学腐蚀。试验结果证实了涂层热震失效寿命定量表达式的有效性和适用性。首先提出并定义的临界热震温差范围可作为评价涂层抗热冲击性能的指标和使用依据。     

火焰喷涂Al2O3/TiO2-NiCrBSi阶梯热障涂层的热冲击失效分析

研究了氧乙炔火焰喷涂制备的Ａl2O3/TiO2-NiCrBSi阶梯热障涂层在水淬热冲击条件下的失效行为,结果表明,涂层的抗热层冲击能力随梯度成分间隔的减小而增强,其失效是由于涂层层间裂纹和层内裂纹和层内裂纹共同作用的结果,对于成分梯度化较好的涂层,层内裂纹扩展导致网状裂纹是失效的主要原因,层间成分间隔大,失效则是以层间裂 的快速扩展而导致涂层整体剥落的主要原因,当成分间隔介于以下二者时,层内裂纹和层间裂纹共同作用,导致涂层以局部脱或剥形式失效。     

可加工Al2O3/BN纳米复合材料的抗热震性能

通过原位化学包覆工艺制备的可加工Al2O3/BN纳米复合材料,其抗热震性能明显优于Al2O3基体材料.热震温差△Tc从195℃提高到约395℃,抗热震损伤性能也得到相应的改善.高的抗热震断裂性能源于材料的弹性模量的大幅下降和保持了较高的强度;而优良的抗热震损伤性能则是因为具有弱层间结合的BN易产生大量的微裂纹,屏蔽了热弹性应变能,从而使热震裂纹趋向于准静态扩张.     

铝基体化学镀镍对热障涂层抗热震性影响研究

研究了铝基体化学镀镍对热障涂层抗热震性能影响，结果表明，结构相同的热障涂层，基体经化学镀镍后涂层抗热震性由原来的35次剥落失效增长到200次无明显变化，这主要是因为化学镀镍层有效减缓了热障涂层和铝基体界面位置的热应力，并大幅度提高了基体的抗氧化能力，同时热震过程中镀镍层两侧界面位置的元素扩散提高了界面结合力，涂层抗热震性提高。     

AlN添加量对BN基复合陶瓷热学性能与抗热震性的影响

以BN、SiO₂、AlN为原料, 采用热压工艺制备出BN基复合陶瓷。研究了AlN添加量对复合陶瓷热学与抗热震性能的影响。结果表明: 随着AlN添加量的增加, 复合陶瓷的热膨胀系数呈现先降低后升高的趋势。当AlN的添加量为5vol%时, 复合陶瓷的平均热膨胀系数最小, 为2.22×10^-6/K; 复合陶瓷的热导率则随着AlN添加量的增加呈先升高后降低的趋势, 当AlN的添加量为10vol%时达到最大值。未添加AlN的复合陶瓷热震后的残余强度随着热震温差的增大而升高; 随着AlN的引入, 复合陶瓷热震后的残余强度呈下降的趋势。对于添加5vol%AlN的复合陶瓷, 经1100℃热震后其残余强度为219.7 MPa, 强度保持率为88.9%, 抗热震性良好。     

Ca0.5Sr0.5Zr4（PO4）6低膨胀陶瓷的抗热震性

Ｃａ０．５Ｓｒ０．５Ｚｒ４（ＰＯ４）６陶瓷热震后的强度行为和裂纹扩展依赖于材料的膨胀系数和轴膨胀特性，与Ａｌ２Ｏ３陶瓷的热震行为不同，ＣＳ陶瓷热震后的残留强度大于室温强度。作者提出裂纹部分闭合模式解释了这种现象。利用计算的有效裂纹长度分析了常温强度对临界淬冷温差Δｔｃ的影响。     

Influence of the size factor on the thermal shock resistance of ceramic samples

The cracking of brittle samples having suffered thermal shocks may be calculated by using the thermoelastic theory. This theory leads to a size effect, which is not always verified by experiments. The use of acoustic methods of characterization, for samples of various shapes and sizes, shows the size effect, but the experimental T _c values are greater than the calculated ones. This discrepancy must be due both to an overestimation of the A coefficient and an underestimation of the R parameter.     

梯度热障涂层热冲击性能研究

采用等离子喷涂的方法,分别获得了２ｍｍ ＺｒＯ２－ＮｉＣｒＡｌ和ＺｒＯ２－Ｎｉ／Ａｌ系梯度热障涂层。热冲击实验结果表明,两种涂层具有不同的失效机理。ＺｒＯ２－ＮｉＣｒＡｌ系的失效是由于基于基体氧化引起的涂层整体脱落;而ＺｒＯ２－Ｎｉ／Ａｌ系的失效是支径向裂纹扩展到Ｎｉ／Ａｌ底层氧化共同作用的结果。     

热障涂层热冲击试验研究

随着先进发动机的研制和生产,对高温涂层的要求也不断提高。热障涂层（TBCs) 作为一种新型隔热涂层,在发动机涡轮叶片上的应用得到更多的重视。对利用电子束物理气相沉积（EB－PVD）制备的TBCs进行了高温热冲击试验,并对试验前后的TBCs进行了形貌、SEM和XRD分析。     

陶瓷材料抗热震性研究进展

阐明了陶瓷材料抗热震性研究的重要意义，系统总结了脆性陶瓷抗震性的评价理论，热震断裂机制和设计制造高抗热震陶瓷材料的新近研究成果，并由此得出制作高抗热震陶瓷材料的工程技术途径。     

Thermal failure under conditions of restrained deformation

The time behaviour of solids during unsteady temperature conditions is considered. The conditions for the initiation of failure of a solid are formulated in the form of conditions for the attainment of the threshold values of stress and strain fields. The evolution of a cracked region through the body is considered. It is shown that the destruction process is divided into two stages in some cases. At the first stage, when a threshold value is achieved at some point or region of the body, a jump-like extension of the region occurs until a state of equilibrium within the region is attained. This jump-like destruction can be considered as an instability process. Various examples are presented relating to the destruction of brittle solids. The influences of plasticity and time-dependent characteristics is considered.     

A cryogenic treatment apparatus with steadily descending rate of temperature

Abstract

A buoyancy‐driven apparatus, which is more efficient than the equipment currently used in cryogenic treatment, is designed in this experiment. Workpieces are slowly and steadily cooled down from room temperature to the temperature of liquid nitrogen in order to extend their service life. This process, over an appropriate time period, allows for the relaxation of internal stress and the stabilization of microstructures. Compared with the cryogenic equipment used in industries, the buoyancy‐driven cryogenic apparatus designed in this study allows for lower temperatures to be reached and more effective treatment attained as the temperature descending rates are steadier and smoother, and there is an absence of abrupt temperature fluctuations. The buoyancy‐driven apparatus is also cost effective as the consumption rate of liquid nitrogen is relatively low, which thus reduces the costs of cryogenic treatment.     

杂质对氧化锆热障涂层性能的影响

降低热障涂层面层中的低熔点杂质含量, 可提高涂层的高温稳定性和延长服役寿命。SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃是氧化钇稳定氧化锆(Yttria-Stabilized Zirconia, YSZ)热障涂层中几种常见的低熔点氧化物杂质, 均会对涂层的性能产生一定的影响。本研究采用大气等离子喷涂法, 制备SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃的含量从小于0.01wt%增加至1.00wt%的YSZ热障涂层。采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)研究了上述涂层的微观结构; 采用激光热导仪测试了涂层的热扩散系数和抗热震次数。研究结果表明, 低熔点氧化物杂质对YSZ涂层的导热性、热处理状态的孔隙率具有明显影响, 且更容易引起涂层的热震失效。当杂质氧化物含量在小于0.2wt%范围内变化时, 涂层的性能变化更为显著。