纳米YSZ热障涂层制备工艺及涂层环境试验研究

以结合强度为衡量指标,由L9（34）试验确立了等离子喷涂纳米YSZ制备热障涂层的最佳工艺参数。采用SEM对涂层微观组织结构及涂层相关性能进行了研究分析。结果表明,经优化工艺参数喷涂制备的YSZ热障涂层结合强度可达38.26MPa,厚度为0.37mm的该涂层在600℃时的隔热温度达到70℃,且该涂层具有良好的环境适应性。     

超音速等离子喷涂抗冲蚀 7YSZ 热障涂层

针对热障涂层在航空发动机低压涡轮导向叶片上应用时易发生冲蚀的问题,使用超音速等离子喷涂(SAPS)方法制备了7%氧化钇稳定氧化锆(7YSZ)热障涂层,对比普通等离子喷涂7YSZ涂层进行了研究。结果表明SAPS涂层熔化效果更好、微观结构更致密且呈小孔隙弥散分布。涂层的结合力、显微硬度、抗热震性能和抗高温冲蚀效果更好。两种涂层的隔热性能在薄涂层时(厚度150μm)相差不大,在厚度达到200μm时SAPS涂层会有降低。     

稀土掺杂量对改性YSZ热障涂层的性能影响研究

利用化学共沉淀法制备出不同稀土掺杂量下Gd-Yb-YSZ(GY-YSZ)的粉体材料。采用等离子喷涂方法制备了GY-YSZ系列热障涂层,对涂层热导率、相稳定性和抗烧结性能进行了检测,并与传统8YSZ涂层进行了对比分析。结果表明:GY-YSZ系列涂层的热导率在0.7~0.9W?m-1?K-1之间,显著低于8YSZ涂层;GY-YSZ系列涂层在1300℃下热处理100h后,涂层物相仍为单一t’相,且无明显烧结现象发生,相同条件下8YSZ涂层已产生单斜相,且涂层烧结现象明显。GY-YSZ涂层的高温相稳定性和抗烧结性能均明显优于8YSZ涂层。     

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。     

柱状晶对等离子YSZ涂层性能的影响

本文选用微米级YSZ粉末和纳米级YSZ粉末喂料,采用等离子喷涂技术制备了两种YSZ涂层,并通过扫描电镜(SEM)对涂层的微观组织和结构进行了研究。结果表明:微米级YSZ粉末制备涂层内部柱状晶的尺寸较短,长度在1～3μm之间;纳米级YSZ粉末制备涂层内部柱状晶的尺寸较长,长度在8～12μm之间;这种组织结构特征的差异是导致YSZ涂层结合强度和热震性能不同的主要原因。     

燃烧合成-水热法制备生物陶瓷涂层

采用燃烧合成-水热法制备了生物陶瓷涂层,用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和粘接拉伸法分析了涂层物相组成、形貌和涂层与基体的界面结合强度,结果表明:燃烧合成后,涂层主要由HA+β-Ca_3(PO_4)_2组成,水热处理2 h后,涂层中HA含量增加;延长水热处理时间,得到纯HA涂层,涂层厚度为20μm左右。在燃烧合成试剂中添加助燃剂,涂层中相成分复杂化;但水热处理10 h后,得到纯羟基磷灰石相,涂层厚度有所增加,达到50 μm左右。同时,助燃剂的添加大大提高了界面结合强度(13.66 MPa)。     

一种阻燃隔热复合功能涂层性能研究

为提高航空发动机推重比、效率以及有效载荷,钛合金工程应用技术在发动机多部件的设计与研制中得到重视。针对钛合金极易发生的"钛火"问题及承受高温特性不能满足特殊零部件设计要求,开展具兼具阻燃与隔热性能的复合功能涂层十分必要,德国MTU航空发动机公司(MTU Aero Engines GmbH)开发出具有阻燃、封严性能的复合功能涂层,已经应用于航空发动机的压气机叶片和机匣,并取得了良好的效果。本文采用微弧脉冲离子表面改性技术与高能等离子喷涂工艺制备了具有阻燃特性的Ti_(40)Zr_(25)Ni_3非晶材料层和具有隔热特性的YSZ隔热一体化复合功能涂层,重点研究了该复合功能涂层的隔热能力、阻燃特性以及结合强度等关键性能。试验表明,采用微弧脉冲离子表面改性技术与高能等离子喷涂工艺制备的Ti_(40)Zr_(25)Ni_3非晶材料阻燃层与YSZ隔热复合功能涂层具有较高的结合强度,平均结合强度达到36.3MPa;阻燃改性层与基体间的界面存在微冶金结合的特征大大提高了涂层使用的可靠性;当正面火焰温度为达到600℃时,制备有复合功能涂层试样平均隔热温度达到了70℃;无复合功能涂层的试样在350℃条件下即发生燃烧现象,而制备有阻燃、隔热复合功能涂层试样在750℃条件下仍然具有良好的阻燃能力。     

氧化锆涂层在固体火箭发动机上的应用

为解决某型号固体火箭发动机铝合金壳体的热防护功能以及侧面初始通气面积不足等问题, 采用等离子热 喷涂技术在铝合金壳体内表面喷涂厚度为 0.1 mm NiCrAlY 与 0.3 mm ZrO2 涂层作为隔热材料, 充分利用 YSZ 涂 层熔点高、 热导率低的特点, 实现大幅度减小绝热层厚度 (0.4 mm) 及增加装填空间的目的, 结合仿真计算结果 表明采用涂层技术可实现铝合金壳体隔热在安全使用的温度范围内; 同时解决了软质绝热层在高温燃气流动过程 中存在烧蚀、 冲刷、 脱落等缺陷引起的壳体烧穿的故障。 各项试验考核表明采取喷涂 YSZ 涂层措施达到对铝合 金壳体的良好热防护作用, 满足固体火箭发动机燃烧室壳体在 2200 ℃、 1.5 s 的隔热要求; 可将该措施应用于工 作时间较短、 燃温较高的其它固体火箭发动机的隔热防护措施当中。     

稀土氧化物稳定氧化铪热障涂层的制备及热冲击性能研究

采用大气等离子喷涂(APS)技术制备了稀土元素掺杂量为19 mol.%的HfO2涂层,即Hf0.81Y0.19O1.905 (YSH19)/YSZ与Hf0.81Yb0.0475Y0.1425O1.905(YbYSH19)/YSZ双陶瓷层热障涂层,研究了其在1300℃下耐高温燃气热冲击性能。结果表明,两种热障涂层的隔热能力约为200℃,YbYSH19/YSZ体系热障涂层经280次燃气热冲击循环后涂层结构依然较为完整,性能显著优于YSH19/YSZ及YSZ热障涂层体系。涂层的失效模式为因中心区域处较大冲击载荷造成的涂层逐层剥落,以及边缘位置处轴向应力和剪切应力导致的涂层剥落。     

高熵稀土铝酸盐双陶瓷涂层的制备及热防护性能研究

随着航空航天技术的发展, 热防护涂层服役温度逐渐提高, 亟需寻找新一代涂层材料。 本研究通过固相烧 结法制备高熵稀土铝酸盐 (Y0.2Yb0.2Lu0.2Eu0.2Er0.2)3Al5O12(HE-RE3Al5O12) 陶瓷粉体, 采用大气等离子喷涂技术在高 温合金基体上实现 HE-RE3Al5O12/YSZ 和 HE-RE3Al5O12/Al2O3 双陶瓷涂层有效沉积。 分析了双陶瓷涂层的相结构 及微观组织演变规律, 并开展了其在高温氧乙炔焰流热冲击循环作用下的热防护性能研究。 结果表明, 氧乙炔火 焰加热涂层表面温度至 1400 ℃, 并在目标温度下停留 200 s 时, HE-RE3Al5O12/YSZ 和 HE-RE3Al5O12/Al2O3 涂层 样品（HE-RE3Al5O12 涂层厚度为 200 μm） 能够分别实现有效温降约为 665 ℃和 545 ℃。 HE-RE3Al5O12/YSZ 双陶 瓷涂层在 1400 ℃ -200 s 热循环下的寿命为 20 次左右, 且该涂层的抗热震性能明显优于 HE-RE3Al5O12/Al2O3 涂层。 基于高熵涂层的热防护行为演变特征, 推测在高温焰流循环作用过程中涂层内部所产生的热失配应力是引起双陶 瓷涂层失效的主要原因。 本研究工作基于新型双陶瓷涂层结构设计, 有效扩展了高熵稀土铝酸盐涂层材料在高温 热防护领域中的应用前景。     

PS-PVD热障涂层抗沙尘冲刷行为研究

为提高PS-PVD热障涂层的抗沙尘冲刷性能,采用等离子喷涂-物理气相沉积技术(PS-PVD)在粘结层表面制备7YSZ热障涂层,在大气环境下进行了抗沙尘冲刷试验,研究了PS-PVD热障涂层的冲刷行为及失效机制。通过等离子喷涂技术(APS)在PS-PVD热障涂层表面制备了一层致密层状涂层,重点研究了致密层厚度对PSPVD热障涂层抗冲刷失效性能的影响。结果表明PS-PVD热障涂层冲刷过程经历了快速、中速、慢速冲刷三个阶段。随着致密层厚度的增加,对PS-PVD热障涂层抗冲刷性能的提升愈加明显。当致密层厚度为5μm时,对PS-PVD热障涂层抗冲刷性能无明显影响;当致密层厚度为10μm时,PS-PVD热障涂层抗冲刷性能提高了约30%;当致密层厚度为20μm时,PS-PVD热障涂层抗冲刷性能约提高了4倍。     

MoSi_2常温电泳沉积于碳/碳复合材料表面制备抗高温氧化涂层

为提高碳/碳复合材料抗高温氧化性,以粒度13μm左右的MoSi2粉末为原料,在乙醇溶液中于室温将MoSi2粉末电泳沉积在直径为30mm、厚度为5mm的碳/碳复合材料圆柱片表面,再经800℃氩气气氛烧结制得MoSi2涂层。电泳沉积的优化条件:电泳沉积电压95V,电极间距2cm,电泳沉积时间5 min。在此条件下制得的MoSi2涂层表面平坦、光滑,涂层质量为65.3mg,涂层平均厚度为46μm,涂层平均粘结强度为23.9 MPa。在优化电泳沉积条件下制得的MoSi2涂层可使碳/碳复合材料在1 500℃空气中静态氧化速率由原来的0.82%/min降至0.49%/min,80min内样品失重率由63%降为39%。在MoSi2涂层表面再涂覆一层Si-Al-O复合氧化物陶瓷涂层,可使样品氧化速率和样品失重率进一步分别减小为0.15%/min和11%。从对基材失重率的降低值贡献来说,双重涂层比单个涂层叠加效果要好,因此双重涂层对阻碍基材氧化可能有某种协同作用。     

多元稀土掺杂ZrO_2粉末制备与涂层性能研究

稀土掺杂氧化锆热障涂层广泛应用于燃气轮机和航空发动机中以满足其对使用性能和服役寿命的更高要求。本文利用稀土氧化物粉末和氧化锆粉末为原料,采用固相合成法制备了La_2O_3-Gd_2O_3-Yb_2O_3-Y_2O_3-ZrO_2粉末,利用大气等离子喷涂制备LaGYYSZ涂层,利用场发射扫描电镜、X射线衍射和激光拉曼光谱研究了粉末及涂层微观形貌、相结构。结果表明,所制备的La GYYZ粉末基本呈规则实心球,且球形度良好,粒径均匀,其分布范围为30~90μm,且流动性较好,具有良好的高温相稳定性,满足大气等离子喷涂工艺的要求。粉末和涂层均呈四方相/立方相结构,涂层孔隙率13%。在相同测试条件下,LaGYYSZ涂层的隔热性能更优异,较8YSZ涂层提高了18%。     

钛合金基体YSZ复合热障涂层微观结构与热震性能研究

在钛合金表面制备热障涂层,提高钛合金使用温度上限,对于其在航空航天领域的应用尤为重要。本文采用大气等离子喷涂方式,在TA15钛合金表面制备了3种不同结构的热障涂层,研究了涂层热震前后的相结构、微观组织,对比了涂层的热震寿命,分析了其失效机理。研究结果表明,喷涂态涂层为T’相■,热震后涂层未发生相变,GYYSZ/8YSZ复合热障涂层热震寿命比单层8YSZ涂层高2.6倍,比单层GYYSZ高3倍,热膨胀系数不匹配、涂层较低的抗拉强度和钛合金表面氧化物的生成是涂层失效的主要原因。     

等离子喷涂 Cr2O3-TiO2/YSZ 高效热防护涂层 微观结构及性能研究

本文以 Cr2O3、TiO2 和 NiO 为原材料,通过喷雾造粒和烧结获得了由尖晶石结构 NiCr2O4 和钙钛矿结构TiCrO3 组成的 Cr2O3-TiO2 复合粉末。采用大气等离子喷涂技术在镍基高温合金表面制备 Cr2O3-TiO2/nano-YSZ 复合涂层,分析测试了复合涂层的微观结构、抗拉结合强度、抗烧蚀性能和高温热辐射性能。结果表明,Cr2O3-TiO2/nano-YSZ 复合涂层孔隙率较低,抗拉结合强度达到 29.2 MPa;经 1.5 MW/m2、600 s 氧乙炔火焰烧蚀后,Cr2O3-TiO2/nano-YSZ 复合涂层表面有轻微点状剥落,涂层内部结构完整,未发生失效。在烧蚀过程中,Cr2O3-TiO2/nano-YSZ 复合涂层隔热能力达到 426 ℃,比单一纳米 YSZ 涂层隔温能力高 146 ℃,基体温度比纳米 YSZ涂层低 335 ℃;Cr2O3-TiO2/nano-YSZ 复合涂层在 400 ℃和 750 ℃在 2~15 μm 波段内的法向发射率分别为 0.91 和0.89。     

一种新型的双层结构热障涂层及其性能

本研究通过喷涂工艺试验确定了超音速火焰喷涂Ni Cr Al Y粘结层和等离子喷涂双层热障涂层的工艺参数。粘结层拉伸结合强度和显微硬度较高,涂层致密,且具有利于提高陶瓷层结合强度的粗糙表面。内层为8YSZ氧化锆层、外层为单相La2Ce2O7层的双层热障涂层体系具有较好的抗热震性能和弯曲性能。在室温到1200℃的温度范围内,DCL涂层的热导率均小于8YSZ热障涂层。两种热障涂层的热导率值均在室温下最大,随着温度的升高而降低,但到800℃以后则随温度增加而有小幅升高。     

基于大气等离子喷涂的镍铬基粉末制备及其涂层组织结构

以高能球磨后的镍基合金、银、氟化物共晶复合粉末为原料,采用喷雾干燥和烧结技术制备了粒径为20～110μm的热喷涂喂料,利用等离子喷涂技术制备了镍基复合涂层。分析了喂料粒子物理性能及涂层的微观组织结构。结果表明:造粒后的粉末球形度较好,流动性大为提高。造粒烧结处理过程中,随着温度增加,粉末的流动性和松装密度均提高。经800℃热处理烧结后形貌圆整光滑,密实,平均粒径为32.92μm,松装密度为1.37g/cm~3,流动性为12.18s/50g,适合用作热喷涂喂料。制备的涂层为典型的层状结构,厚度约为320μm。涂层总体比较致密,局部存在孔洞,涂层孔隙率约3.6%。所含物相为NiCr、Ni_3Al、NiAl、Ag,BaF_2、CaF_2等相,喷涂过程中未见新物相生成。     

基板预热温度对冷喷涂涂层组织及沉积行为的影响

采用冷气动力喷涂方法在不同温度的基板表面制备了304不锈钢涂层,研究了基板温度对冷喷涂涂层组织及沉积特性的影响。试验结果表明,不同基板温度制备的冷喷涂涂层组织及显微硬度相同,随基板温度的升高,涂层的沉积效率升高;基板表面的氧化膜存在一个临界厚度尺寸,在临界尺寸下,氧化膜易被撞击粒子击破清除,氧化膜的临界厚度为3～4μm。     

法国涂层钢管工艺的新发展

法国S·I·F公司研制成功用于输送煤气、石油、化学产品和水等各种类型物质的钢管内外壁涂层工艺。该涂层具有高强度、高耐蚀、耐磨等特点,延长了使用寿命,安全可靠。对输送水、煤气、石油和其它流体物质,在温度不超过40℃的情况下可连续工作。但在钢管外表面要涂以煤焦油或沥青。如温度不超过80℃。在连续工作时,钢管外部应涂以聚乙烯树脂涂层。聚乙烯涂层的强度大大超过煤焦油。涂模的强度,特别是在高温和低温情况下尤甚。为确保涂层的粘结强度,在钢管表面上喷涂粘胶底漆(膜厚250～300μm),或静电喷涂上100～200μm厚膜,然后再在上面喷涂上聚乙烯膜,厚度为1.8～3.5μm。涂层工艺分两种:一种是把玻璃纤维预先     

Er0.5Yb1.5Si2O7 环境障涂层高温CMAS 熔盐腐蚀行为研究

硅基陶瓷材料以其优异的性能成为新一代航空发动机热端的候选材料,其在恶劣的服役环境中需要环境 障涂层 ( Environmental Barrier Coating, EBC ) 的保护。以稀土硅酸盐为面层的第三代EBC 是目前研究的热点之 一。采用大气等离子喷涂工艺制备了Er0.5Yb1.5Si2O7 环境障涂层面层样品,研究涂层在钙镁铝硅酸盐(CaO-MgOAl2O3- SiO2, CMAS) 覆盖浓度15 mg/cm2、保温温度1350 ℃、保温时间5 h 的腐蚀条件下的腐蚀行为。研究发现 Er0.5Yb1.5Si2O7 涂层与CMAS 反应后产物为磷灰石相Ca2(Er0.25Yb0.75)8(SiO4)6O2 与Er0.5Yb1.5Si2O7 相,涂层顶部残留 CMAS 熔盐,内部出现反应区和渗透区。