功率梯度热障涂层热震裂纹的形成的扩展

探索热弹涂层在热震中裂纹的形成规律，揭示涂层热震危险截面位置，采用在铝基体上以等离子喷涂法制备Al/Ni-ZrO2功能梯度涂层，在所研制的热性能测试仪上，用单面加热急冷法，观察不同热循环次数下的裂纹形成情况，结果是热震15次时首先在纯ZrO2与ZrO2与Al/Ni质量比为8：2的界面上方产生水平裂纹，50次时出现龟裂纹，热震裂纹出现的最危险截面在上述界面上方大约80μm处，此处热应力最大。     

Al2O3p/40Cr复合材料的热震失效机理

采用挤压铸造法制备了Al2O3p/40Cr表层复合材料,研究了复合材料在热震过程中裂纹萌生和扩展的机理。复合层厚度为5mm,Al2O3颗粒体积分数为56%;热震试验采用650℃保温5min、20℃水冷,反复循环。结果表明,在弱机械结合情况下,由于空气中的氧气和铁生成的氧化物与基体在热膨胀系数和弹性性能上不匹配,裂纹首先在氧化层中萌生,随着氧化层厚度增加,会加速裂纹的生长;从各个方向生长的裂纹相遇时会搭接在一起,形成比较大的宏观裂纹。此机理与WC等其他颗粒增强复合材料的热震失效机理有着显著差异。热震15次后,试验材料在复合层和基材的宏观界面出现大裂纹。     

ZrO_2 CeO_2涂层显微组织和抗热震性能

为了改善等离子喷涂ZrO2 涂层的抗热震性能 ,利用热震试验、SEM和EPMA等技术 ,研究了CeO2 添加剂对其显微组织和抗热震性能的影响 .研究结果表明 :当CeO2 添加剂的质量分数小于 9.0 %时 ,涂层的抗热震性能随CeO2添加剂质量分数的增加而提高 ,当CeO2 质量分数大于 9.0 %时 ,涂层的抗热震性能随其质量分数的增加而降低 ;ZrO2 涂层的抗热震次数为 46次 ,而ZrO2 9.0 ?O2 涂层的抗热震次数为 10 5次 ;ZrO2 9.0 ?O2 涂层在热循环中形成网状微裂纹 ,不仅可以降低涂层中的应力 ,而且可以提高涂层开裂的临界温差 ,从而改善其抗热震性能 .     

等离子喷涂NiCrAl/ZrO2过渡层对FeCrAl/γ-Al2O3结合性能的影响

为改善催化剂中 γ-Al2 O3 分散层与 Fe Cr Al基体的结合力 ,采用等离子喷涂技术在合金表面制备了 Ni Cr Al/Zr O2 混合涂层作为过渡层。利用 X射线衍射仪、扫描电镜和电子探针仪 ,研究了 10 73 K氧化后过渡层的变化 ,并考察了超声振动和热冲击后涂层的剥落情况。结果表明 ,过渡层表面相主要是 Ni和 Zr O2 ;内部组织包括喷涂材料层、氧化物夹杂、孔洞及未熔融颗粒 ;与基体为冶金结合。随着高温氧化时间增加 ,过渡层表面 Ni O晶粒增多并长大 ;内部发生了合金元素互扩散 ;界面处 Ni,Al含量明显增加。这种表面预处理形成了粗糙多孔的过渡层 ,提高了氧化铝分散层与金属基体的粘结力 ,并缓解了界面处的热应力     

多层陶瓷涂层厚度配比应力场有限元分析

钢基铝层经等离子体电解氧化技术陶瓷化后,可在钢表面形成多层体系结构的陶瓷涂层.采用有限元方法,对不同厚度配比的复合涂层在均布接触载荷作用下的应力分布进行了研究.结果表明:铝层的存在可明显缓解界面处的剪应力.同时,铝层厚度增加,也使表面拉应力增大;Al2O3层决定着涂层内最大剪应力距离表面的距离,增强了涂层表面支撑能力,可减缓表面拉应力值.特别,当Al2O3层与Al层的厚度相等时,Al2O3/Al界面处的剪应力最小;FeAl层对表面应力和界面应力影响较小.因此,当选择较厚陶瓷层和较薄铝层时,涂层内将具有较优的表面和界面应力分布状态,从而可提高涂层力学性能.     

ZrO2+CeO2涂层显微组织和抗热震性能

为了改善等离子喷涂ZrO2涂层的抗热震性能,利用热震试验、SEM和EPMA等技术,研究了CeO2添加剂对其显微组织和抗热震性能的影响.研究结果表明当CeO2添加剂的质量分数小于9.0%时,涂层的抗热震性能随CeO2添加剂质量分数的增加而提高,当CeO2质量分数大于9.0%时,涂层的抗热震性能随其质量分数的增加而降低;ZrO2涂层的抗热震次数为46次,而ZrO2+9.0%CeO2涂层的抗热震次数为105次;ZrO2+9.0%CeO2涂层在热循环中形成网状微裂纹,不仅可以降低涂层中的应力,而且可以提高涂层开裂的临界温差,从而改善其抗热震性能.     

搭接率对激光重熔氧化锆涂层结构及热震性能的影响

针对大面积激光重熔热障涂层后搭接区域结构的变化影响涂层使用寿命这一问题,对氧化锆涂层进行多道次激光重熔,探究了不同搭接率下重熔涂层表面及截面微观组织形貌的变化规律,并在电阻式加热炉中进行了热震实验,温度设定为1 050℃,分析随搭接率变化的涂层结构对热循环寿命的影响规律。通过扫描电镜观察发现:前后两个道次重熔层的裂纹在分界线处相互贯通,随着搭接率的增加,搭接区域的裂纹密度随之减小,而凹坑和微块的数目随之增加;热震实验后,裂纹平均宽度减小至5μm,表面出现大量凹坑,大部分由微块脱落所致;随着搭接率的增加,搭接区域截面纵向裂纹的偏转角先增加后减小,而涂层的热循环寿命先减小后增加;截面纵向裂纹的偏转加速水平裂纹的产生,当搭接率为0.30时,偏转角最小;当涂层脱落面积达到20%及以上、搭接率为0.30时,重熔涂层的热循环寿命最长。     

镁合金表面反应热喷涂陶瓷涂层制备及性能

采用SHS反应火焰喷涂技术,把Al-CuO系铝热剂引入到喷涂材料中,在AZ91D表面成功制备了Al2O3基复相陶瓷涂层.试验结果表明,SHS反应热喷涂层抗热震性明显优于普通热喷涂层,热震次数可达40次左右,若辅以Ni-Al打底,喷后重熔工艺可使涂层热震到50次时仍完好无损;喷涂试样耐蚀性随着致密性的增大而提高,反应热喷涂层耐蚀性比基体提高36倍;Ni-Al打底,喷后重熔后可提高至基体的160倍:清漆封孔后几乎不发生腐蚀,耐蚀性最好.     

QT500表面化学镀镍磷层对8YSZ热障涂层抗热震性能的影响

在金属基体表面制备陶瓷涂层作为高温保护热障涂层(TBCs)可获得很好的效果,但会出现因基体金属的过度氧化而造成涂层失效的现象.在QT500基体上采用化学镀方法制备Ni-P合金镀层,并在有镀层与无镀层基体上依次采用超音速火焰喷涂(HVOF)制备Ni Co Cr Al Y黏结层和等离子喷涂(APS)制备Zr O_2-8%Y_2O_3(8YSZ)陶瓷层.采用热循环方法评定不同结构热障涂层的抗热震性能,并探讨其热震失效机理.结果表明:镍磷(Ni-P)镀层可显著提高热障涂层的抗热震性能;无Ni-P镀层试样热震失效形式为大面积整体剥落,含Ni-P镀层高温涂层热震失效形式为边角局部剥落;Ni-P镀层抑制了基体金属与黏结层之间元素的互扩散行为.     

扩散阻挡层对NiCrAlYSi涂层不同条件下热腐蚀行为的影响

利用电弧离子镀技术在DSM11合金基体上制备含或不含扩散阻挡层(diffusion barrier,DB)的Ni Cr Al YSi涂层,对比研究2种涂层在900℃恒温热腐蚀行为和从900℃到室温的循环热腐蚀行为(表面混合盐质量分数为75%Na2SO4+25%K2SO4)。研究结果表明:在恒温热腐蚀条件下,含或不含扩散阻挡层的Ni Cr Al YSi涂层表面主要生成了α-Al2O3和γ/γ′相;腐蚀100 h后,Ni Cr Al YSi涂层出现了较多的Kirkendall孔洞,基体与涂层元素的互扩散明显。Ni Cr Al YSi/DB涂层的扩散阻挡层可有效地抑止基体与涂层的元素互扩散,防护效果比单一Ni Cr Al YSi涂层的效果好。在循环热腐蚀条件下,含或不含扩散阻挡层的Ni Cr Al YSi涂层表面主要生成α-Al2O3、尖晶石、Ti O2和γ/γ′相;腐蚀100 h后,Ni Cr Al YSi涂层内氧化和内硫化现象严重,Ni Cr Al YSi/DB涂层的扩散阻挡层界面易开裂,影响扩散阻挡层的效力,导致涂层体系比单一Ni Cr Al YSi涂层更快失效。     

不同材质高炉冷却壁热应力计算

计算了铸铁冷却壁与铜冷却壁在相同条件下热面热应力，通过计算得知，铜冷却壁具有更小的热应力，其值远小于它的拉伸强度，不易使冷却壁产生裂纹，因此，从热应力能引起裂纹产生角度看，铜冷却壁性能优于铸铁冷却壁。     

网眼多孔陶瓷中缺陷形成的有限元分析

根据有机泡沫模板孔筋实际结构，设计了合理的模型，采用有限单元法对脱胶过程中的热应力进行了计算．计算结果表明：凹三角形的棱角处最易破坏，随着涂覆厚度的增加，热应力逐渐减小，这样就可以减小热应力对涂覆层的破坏，提高材料的力学性能．在有限元分析的基础上，采用改进的两次离心挂浆工艺制备了网眼多孔陶瓷，增加了模板的涂覆厚度，材料的力学性能得到了显著提高．实验结果与理论计算相吻合，有力证明了有限元计算结果的正确性及其对工艺改进的重要指导意义．     

多裂隙体的稳定热断裂(张开型)问题

为了讨论大体积混凝土结构中大多数由温度变化引起的裂缝的稳定性，给出了无限平板中作用有稳定点热源的位移场、应力场基本解，构造出以边界虚拟力为基本未知量求解混合边界多裂隙体热断裂问题的基本方程。数值计算表明该方法求解多裂隙体热断裂问题精度高，计算工作量少。对含边界裂缝的平板、含三条平行裂缝的平板和含有三条三角形分布的裂缝的平板在稳定温度荷载作用下进行了实验和计算互校，两者结果吻合良好。     

复合材料粘结层中具有双裂纹时的热应力

采用拉普拉斯－傅利叶变换和施密特方法，研究了复合材料因热流在裂纹周围引起的热应力，并对用环氧树脂粘结的陶瓷－钢板进行了数值计算。     

连轧钢管限动芯棒温度场及热疲劳有限元分析

针对340MPM机组(Multi-Stand Pipe Mill限动芯棒连轧管机组)芯棒服役过程建立三维有限元模型,研究芯棒在服役过程中温度场变化规律.同时,通过对热应力的研究,分析了芯棒热疲劳裂纹萌生机理及裂纹在芯棒内部的扩展规律.对比实测数据与模拟结果,认为所建立的有限元模型能够反映芯棒温度变化趋势.芯棒首次脱管后表面最高温度为630℃,此后经历三次反复的水冷降温和空冷返温过程,冷却结束后表面最高温度为98℃.脱管后,芯棒表面轴向和环向压缩热应力均达到900 MPa,第三次水冷结束时刻,轴向拉伸热应力达到186 MPa,环向拉伸热应力达到221 MPa.芯棒的拉压交变热应力使其表面出现热疲劳裂纹并逐渐扩展,环向裂纹扩展至距表面17.5mm深、轴向裂纹扩展至距表面20mm深时会显著受阻,热应力对轴向裂纹的促进作用强于环向裂纹.     

超长框架结构温度裂缝分析及控制

利用Ansys软件分析超长框架结构的温度应力结果,对结构进行裂缝验算,从而为结构设计和施工提供理论依据。     

混凝土结构施工裂缝成因分析及处理措施

分析了混凝土结构施工中产生裂缝的主要原因,并有针对性地提出了有效的处理措施。     

混凝土裂缝与内外约束关系研究

水化反应过程中,温度变化和内部孔隙水散失是混凝土温度、自生体积和干缩等变形产生的主要原因.内外约束作用下,温度、自生体积和干缩等变形引起的应力很容易导致混凝土开裂.通过混凝土温度场和应力场精确仿真,对混凝土温度应变、自生体积变形和徐变进行分析.研究表明内部约束是水化反应前期混凝土产生的主要原因,后期混凝土裂缝则主要由外部约束所致.