等离子喷涂制备 ZrB2-SiC 复合涂层及其静态烧蚀性能

目的提高C/C复合材料的抗静态烧蚀性能。方法利用大气等离子喷涂技术在C/C复合材料表面制备ZrB_2-SiC复合涂层,对其进行1500℃的静态烧蚀实验。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析仪(EDS)对涂层的物相成分、微观形貌等进行检测分析。结果采用大气等离子喷涂制备的ZrB_2-SiC涂层是由熔融的粉末粒子紧密堆积而成,呈现典型的层状结构,涂层均匀完整地覆盖于C/C基体表面,厚度约为200μm。涂覆有ZrB_2-SiC复合涂层的C/C复合材料试样在1500℃分别氧化2,3,4 h后,试样依旧保持完整,C/C基体未遭受损伤,试样的质量增加率依次为3.39%,2.95%,4.25%。结论采用大气等离子喷涂技术能够在C/C复合材料表面制备出厚度均匀、结构致密的ZrB_2-SiC复合涂层,ZrB_2-SiC复合涂层使C/C复合材料的抗静态烧蚀性能显著提高。     

HfB2-HfC-SiC 改性 C/C 复合材料的超高温烧蚀性能研究

目的制备HfB_2-HfC-SiC复相陶瓷改性C/C复合材料,并探究该材料的超高温烧蚀性能。方法采用化学气相渗透结合前驱体浸渍热解工艺制备HfC-SiC复相陶瓷改性C/C复合材料(C/C-HfC-SiC)和HfB_2-HfC-SiC复相陶瓷改性C/C复合材料(C/C-HfB_2-HfC-SiC),采用大气等离子烧蚀实验研究材料的超高温烧蚀性能。结果C/C-HfC-SiC和C/C-HfB_2-HfC-SiC复合材料2200℃线烧蚀率分别为1.54×10~(-3),1.38×10~(-3)mm/s。结论复合材料具有独特的微结构特征,亚微米级的HfB_2和HfC基体均匀弥散分布在SiC基体中。复合材料表面原位生成的液相SiO_2和固相HfO_2复合氧化物膜,既可以抵抗高速气流的冲蚀,又可以抵抗氧化性气氛的向内扩散,是复合材料具有优异超高温抗烧蚀性能的主要原因。     

Cf/SiC 复合材料表面 HfO2涂层的制备及其抗热冲击性能研究

目的研究等离子喷涂条件下Cf/SiC复合材料表面HfO_2涂层的物相、显微组织及其抗热冲击性能。方法通过水热合成和喷雾造粒制备出HfO_2粉体,并利用等离子喷涂在Cf/SiC复合材料表面制备HfO_2涂层,研究涂层的物相、显微组织和抗热冲击性能。结果水热合成的纳米HfO_2为单斜相结构,颗粒的平均粒径为10~15nm;等离子喷涂制备的HfO_2涂层组织中存在微裂纹和孔隙,涂层为单斜相结构,且经1350℃热处理后涂层的相结构未发生改变。等离子喷涂的HfO_2涂层与Cf/SiC复合材料基体结合良好,未观察到涂层、基体间界面分离的现象。经1350℃、50周次的空冷热冲击试验后,涂层未发生破坏失效;在1350℃水冷热冲击条件下,热循环20次时涂层表面出现剥落,27次时脱落面积50%。结论通过等离子喷涂制备的HfO_2涂层与Cf/SiC复合材料基体结合良好,涂层能够抵御1350℃空冷、50周次热冲击,且未发生破坏失效,涂层的1350℃水冷热循环寿命达27次。     

低压等离子喷涂制备ZrB2-TiC复合涂层 及其烧蚀性能研究

目的探索低压等离子喷涂制备ZrB_2-TiC复合涂层工艺及其烧蚀性能。方法采用喷雾造粒技术制备适用于低压等离子喷涂的ZrB_2-TiC球形粉体,再采用低压等离子喷涂技术在高强石墨基体表面制备ZrB_2-TiC复合涂层。利用氧-乙炔火焰考核涂层的抗烧蚀性能,采用红外测温仪测试烧蚀过程中涂层的表面温度,分别采用扫描电镜、EDS及XRD分析涂层的表截面形貌、元素及物相。结果 ZrB_2-TiC复合涂层呈等离子喷涂层状结构特征,内部孔隙率达到10.8%,涂层与高强石墨之间的结合强度约5.4 MPa。喷涂后涂层产生了ZrTiB4、ZrTiC2新相。涂层经过2000℃氧乙炔烧蚀5min后,保持完整,未出现裂纹及剥落,烧蚀深度仅为2～5μm。结论采用低压等离子喷涂可在石墨表面制备性能优良的ZrB_2-TiC复合涂层,涂层可有效抵御氧乙炔火焰的烧蚀。     

颗粒冲蚀对注射法制备C/C-ZrC-SiC复合材料 抗烧蚀性能的影响研究

目的采用ZrC和SiC复相陶瓷对C/C复合材料进行改性,研究改性后的复合材料受到颗粒冲蚀破坏的烧蚀行为。方法采用注射法将ZrC和SiC复相陶瓷前驱体引入到等温化学气相渗透法(ICVI)制备的低密度C/C复合材料中,再通过高温热处理、ICVI的方法制备出ZrC和SiC复相陶瓷改性的C/C(C/C-ZrC-SiC)复合材料,随后对制备的复合材料进行高速颗粒冲击实验破坏,并对破坏后的试样进行氧乙炔火焰烧蚀,研究其烧蚀行为。结果改性后的复合材料线冲蚀率和质量冲蚀率分别为253.1μm/s和79.8 mg/s,相较于同孔隙率的C/C复合材料分别降低了49.2%和61%。颗粒冲蚀破坏后C/C-ZrC-SiC复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为4.26μm/s和1.44 mg/s,相比于同孔隙率的C/C复合材料,分别降低了37%和39%。结论由于引入的ZrC和SiC陶瓷相的硬度大于碳基体,C/C-ZrC-SiC复合材料在受到高速颗粒的冲击时,能通过硬质陶瓷相起到抗冲击作用,使得改性后的复合材料抗冲蚀性能大幅度提高。受到颗粒冲蚀破坏后的C/C-ZrC-SiC复合材料内部仍存在超高温陶瓷相,烧蚀过程中能够形成ZrO2骨架结构和SiO2球形颗粒,进而有效保护碳纤维和热解碳基体。     

轻质Cf/SiOC复合材料表面抗氧化涂层烧蚀性能的研究

目的提高轻质碳纤维增强SiOC(C_f/SiOC)多孔陶瓷复合材料的抗烧蚀性能。方法用TaSi_2、MoSi_2为高温抗氧化组分,SiB_6为烧结助剂,硼硅酸玻璃为粘结剂,采用浆料法在C_f/SiOC复合材料表面制备多层梯度化抗氧化涂层。用氧乙炔考核带涂层复合材料的抗氧化及抗烧蚀性能,并通过扫描电子显微镜对烧蚀后的形貌进行分析。结果采用硼硅酸玻璃能够在较低的温度下获得表面致密的涂层,有效地提升涂层的阻氧能力,同时能够降低涂层与基体材料之间的热失配。通过浆料法能够获得梯度化的抗氧化涂层,即涂层由靠近基体部分的多孔层逐渐过渡至最外层的致密层。在氧乙炔考核烧蚀实验下,涂层表现出优良的抗烧蚀性能,并且随着表面烧蚀温度的不同,表现出不同的烧蚀行为。在1660℃下烧蚀后,线烧蚀率及质量烧蚀率分别为0.03μm/s,2.96×10-8g/(mm2·s),随着烧蚀温度增加至1760℃,线烧蚀率及质量烧蚀率增加至0.06μm/s,1.03×10-7g/(mm2·s)。带涂层的复合材料烧蚀后,涂层表面没有裂纹,但都出现了大量的孔洞,其主要原因是硼硅酸玻璃的挥发,基体材料并没有发生明显的氧化,涂层表现出优良的抗氧化、阻氧能力。结论硼硅酸玻璃的引入能够在较低的温度下获得表面致密的涂层,提升涂层的阻氧能力。制备的多组分抗氧化烧蚀涂层,可以有效地提高C_f/SiOC复合材料的抗烧蚀能力。     

新型含锆聚碳硅烷制备C/C-SiC-ZrC 复合材料及烧蚀性能

目的提高C/C-SiC复合材料的抗烧蚀性能。方法通过交联固化-碳化工艺获得新型含锆聚碳硅烷(Polyzirconocenecarbosilane, PZCS)裂解产物。采用FT-IR、XPS、TG、XRD、SEM等分析手段表征PZCS先驱体基本结构和固化、裂解产物结构及元素分布等。以PZCS为溶液浸渍先驱体,通过PIP工艺制备得到C/C-SiC-ZrC复合材料,采用氧乙炔烧蚀试验表征其抗烧蚀性能。结果 PZCS陶瓷先驱体经过交联固化工艺能够显著提高其陶瓷产率。TG结果表明,980℃时陶瓷产率达66.37%,所得陶瓷粉末为分散均匀的SiC-ZrC复相陶瓷。C/C-SiC-ZrC复合材料经过氧乙炔试验烧蚀600 s后,其线烧蚀率为0.0067 mm/s,表现出良好的抗烧蚀性能。结论 SiC-ZrC复相陶瓷基体烧蚀过程中,氧化形成SiO2和ZrO2等氧化物涂层,氧化物隔离层能够隔离氧气和热量,阻止其向复合材料内部进一步扩散,可有效提高复合材料烧蚀性能。     

基体改性抗氧化碳材料的高温氧化性能研究

目的研究ZrB_2-SiC复相组元改性碳材料在1800℃以上氧化气氛中的氧化性能。方法利用感应加热高温氧化测试装置测试抗烧蚀性能,通过SEM,XRD等手段对氧化产物的组成、氧化层的微观结构进行分析。结果ZrB_2-SiC复相组元的引入可以大大降低碳材料的氧化速率,在1800℃和2100℃高温氧化条件下,C-ZrB_2-SiC材料和纯碳材料的氧化动力学均遵循线性规律。结论基体改性抗氧化碳材料具有良好的高温抗氧化性能。     

Al2O3/Ni-P-SiC复合涂层组织与性能的研究

目的 采用化学复合镀技术对微弧氧化进行封孔,进而得到抗烧蚀性能优良的Al2O3/Ni-P-SiC复合涂层。方法 通过采用扫描电镜(SEM)、光学金相显微镜(OM)、显微硬度仪(Microhardness Tester)、X射线衍射仪(XRD)、氧–乙炔烧蚀试验(Oxy-Acetylene Ablation Test)等方法,对复合涂层的表面形貌、截面形貌、厚度、显微硬度、物相和抗烧蚀性能等进行分析。结果 陶瓷层原始表面完全被化学镀层覆盖,所制得的复合涂层厚度均匀,化学镀层与陶瓷层紧密嵌合。镀液中的SiC浓度对镀覆的速度、镀层中SiC粒子的共沉积量有着较大的影响。当粒子质量浓度为16~20 g/L时,颗粒的共沉积量较大。化学复合镀60 min可以得到厚度20 μm左右的Ni-P-SiC镀层,SiC颗粒分布均匀。当镀液中SiC质量浓度为16 g/L时,镀层具有最高的硬度。对比未处理、仅微弧氧化和Al2O3/Ni-P-SiC复合涂层试样,Al2O3/Ni-P-SiC复合涂层试样具有最佳的抗烧蚀性能。结论 Al2O3/Ni-P-SiC复合涂层均匀、致密,具有良好的抗烧蚀。     

C/SiC复合材料波纹点阵结构进气道前缘设计与制备

目的 C/SiC复合材料进气道前缘轻量化设计与制备。方法基于进气道气动外形和结构要求,建立波纹点阵夹芯结构的进气道前缘有限元模型,然后按照德国航空中心H2K超声速风洞试验室试验的数据进行反演,得到进气道前缘的热流密度分布,据此进行边界条件加载,在模型中考虑固体导热、表面辐射以及空腔辐射三种传热方式。采用瞬态传热算法,求解100 s下进气道前缘的温度场,为了进一步降低C/SiC复合材料波纹点阵结构进气道前缘的最高温度,设计不同的进气道前缘尖端半径,并进行优化。最后根据优化得到的波纹点阵进气道几何参数,采用PIP法制备出C/SiC复合材料点阵结构进气道前缘。结果进气道尖端半径小于0.5mm时,最高温度高于1800℃,超过C/SiC复合材料极限温度;进气道尖端半径大于1.0 mm时,最高温度为1520℃,低于C/SiC复合材料极限温度;进气道尖端半径大于2.0 mm时,增大半径对降低进气道前缘最高温度没有明显的作用。不同进气道前缘尖端半径下,最高温度达到稳态的时间不一样,半径等于0.5 mm时,进气道前缘达到稳态的时间约为30 s左右。随着前缘尖端半径增大,最高温度达到稳态的时间增加,半径为1.0 mm时,达到稳态时间约为60 s。结论进气道前缘最高温度随着尖端半径增大明显降低,当半径大于2.0 mm时,增大半径对降低进气道前缘最高温度没有明显的作用。     

铌合金表面热防护涂层研究进展

作为武器装备、航空航天等多种现代工业领域热端部件中应用十分广泛的结构材料,铌合金在高温富氧燃流的冲刷下会发生严重的烧蚀现象,进而影响了其在超高温环境下的使用性能。研究发现,采用表面涂层技术能够有效提升铌合金的高温抗烧蚀性能。因此结合热端部件富氧、超高温的实际服役环境,首先介绍了国内外铌合金表面抗氧化烧蚀涂层领域的研究现状,对比分析了金属基和硅系陶瓷抗烧蚀涂层各自在抗氧化烧蚀性能上的优缺点;然后综述了近年来国内外有关热障涂层的研究进展,归纳总结了ZrO2基陶瓷涂层、稀土锆酸盐陶瓷涂层以及钙钛矿结构陶瓷涂层三种热障涂层材料的特点;最后对铌合金表面热防护涂层的结构设计以及未来的研究方向进行了展望。     

原位生成Ni颗粒增韧纳米ZrB2基陶瓷的制备方法与微观结构研究

目的提高Zr B2基防热陶瓷材料的韧性,以满足其高抗热冲击性能的需求。方法采用沉淀-共沉积法在纳米Zr B2粉体中原位生成Ni颗粒作为增韧相,经放电等离子烧结后获得分布均匀的Ni-Zr B2纳米复合材料,通过三点弯曲实验、断裂韧性实验以及硬度测试,分别评价不同Ni含量对Ni-Zr B2纳米复合材料力学性能的影响,并通过SEM,XRD对材料微观组织进行分析。结果 Ni颗粒的引入,可有效提高Zr B2的相对密度,增加韧性,同时强度和硬度有所提高。通过不同Ni含量的对比发现,Zr B2-15%Ni力学性能最优,断裂韧性达到7.8±0.3 MPa·m1/2,相对于原始Zr B2材料提升1倍。从微观组织的电子扫描照片也可以看出,Ni颗粒在Zr B2表面均匀分布,断口表现为穿晶断裂和延晶断裂的复合断裂模式,不同于原始Zr B2材料的穿晶断裂。这也是断裂韧性显著提升的主要原因。结论原位生成Ni颗粒的引入,可有效提高Zr B2材料相对密度、强度、硬度以及断裂韧性。对比不同Ni含量的力学性能,Zr B2-15%Ni组分的力学性能最优,这一方法可有效提高Zr B2材料的断裂韧性,进一步满足其高抗热冲击性能的需求。     

YSZ-W复合涂层的制备及抗烧蚀性能研究

目的在TC4表面制备均匀致密的YSZ-20%(体积分数)W(ZW2)复合涂层,以提高其抗烧蚀性能,并对其在超音速燃流中的烧蚀响应机制进行初步探究。方法以8YSZ和W粉为原料,采用喷雾干燥-真空烧结工艺制备喷涂用ZW2复合粉末,利用大气等离子喷涂技术(APS)制备ZW2复合涂层,采用超音速火焰冲刷法(SCF)测试涂层的抗烧蚀性能。结果在1500℃的真空环境下烧结2 h后,ZW2复合粉末原始颗粒之间的结合方式由PVA交联结合转变为冶金结合,烧结粉末的松装密度和流动性较造粒粉末分别提升632.3%和39.8%。APS制备的ZW2涂层的孔隙率为9.5%±0.8%,经SCF考核5 s后,500μm厚的ZW2涂层可以使TC4钛合金基体免于烧蚀,仅在ZW2涂层表面形成了厚度约为30μm的ZrO2-WO3疏松顶层。结论利用APS工艺可以制备均匀致密的ZW2复合涂层,真空烧结处理提高了ZW2复合粉末的APS工艺适应性。ZW2涂层有效地提高了TC4的抗烧蚀性能,烧蚀过程中低熔点WO3的形成缓解了烧蚀过程中涂层内部的热应力,从而避免了涂层提前剥落失效。     

铂改性铝化物涂层的高温防护性能研究

目的研究1100℃下铂改性铝化物(Pt-Al)涂层在空气中的高温氧化行为。方法采用化学气相沉积(CVD)方法在单晶高温合金基体上制备铂改性铝化物(Pt-Al)涂层,采用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等方法分析Pt-Al涂层在高温氧化过程中相结构、显微组织和成分的演变规律。结果经1100℃氧化250 h后,Al涂层及Pt-Al涂层的氧化动力学曲线符合抛物线演变规律,Pt-Al涂层的涂覆对基体合金的抗高温氧化性能的提高要优于Al涂层;经过150 h氧化后涂层出现了氧化膜剥落现象,同时涂层内部也出现了"地道"现象。结论 Pt-Al涂层对基体高温抗氧化性能有积极效果。     

可见光响应Pr3+:Y2SiO5/ TiO2薄膜的制备

目的研究层涂法制备Pr~(3+):Y_2SiO_5/TiO_2复合薄膜的结构与可见光催化性能。方法分别以钛酸丁酯(TBOT)和正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,通过溶胶-凝胶法制得TiO_2凝胶和Pr掺杂的Y_2SiO_5凝胶,以碳纤维为薄膜载体,并通过浸渍提拉法制备Pr~(3+):Y_2SiO_5/TiO_2层涂薄膜,研究层涂法制备复合薄膜对复合薄膜结构、形貌以及光催化效果的影响。结果复合薄膜具有明显的分层界限,形貌较平整,有较少龟裂;复合薄膜性能受涂覆次序的影响较大。结论依次将Pr~(3+):Y_2SiO_5和TiO_2涂覆在碳纤维上的复合薄膜具有较好的光催化性能,可见光光照2 h,对亚甲基蓝的脱色率达到94%,其可见光催化效率高于TiO_2薄膜的59%。     

冷喷涂Ni/Al2O3复合涂层在海洋大气环境下的腐蚀行为研究

目的 研究海洋大气环境对冷喷涂Ni/Al2O3复合涂层腐蚀损伤行为的影响,为提高合金钢的耐腐蚀性能提供依据.方法 采用冷喷涂技术在合金钢30CrMnSi表面制备Ni/Al2O3复合涂层,在万宁近海岸户外和海洋平台分别暴露6个月后,采用扫描电镜、电化学工作站等分析检测技术,研究Ni/Al2O3复合涂层在万宁海洋大气环境下...