稀土改性NiCoCrAlY层对YSZ和LZ/YSZ热障涂层高温性能的影响

以纳米结构的La_2O_3、ZrO_2、8YSZ粉体为原材料,利用纳米调控技术制备可用于等离子喷涂的粉体材料;利用等离子喷涂技术在304不锈钢基体上分别喷涂含未改性粘结打底层和改性粘结打底层的YSZ和LZ/YSZ两种结构的热障涂层。研究了热障涂层的结合强度和抗氧化行为,并分析稀土改性的粘结打底层对其组织结构的影响。根据涂层氧化不同时间后涂层的截面形貌图及能谱图分析其氧化后的组织结构,进而研究稀土改性粘结打底层对热生长氧化物(TGO)层的影响。结果表明:含改性粘结打底层的双陶瓷型热障涂层La_2Zr_2O_7+8YSZ+mNiCoCrAlY在800℃和900℃下均具有最低的氧化速率,氧化增重速率常数分别为0.04372mg~2·cm~(-4)·h~(-1)和0.12406mg~2·cm~(-4)·h~(-1),比含未改性粘结打底层的La_2Zr_2O_7+8YSZ+NiCoCrAlY涂层分别降低45%和36%,说明改性粘结打底层提高了热障涂层的抗氧化性能。     

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。     

PVD溅射电流对SiC纤维表面Ti_3Al涂层组织结构的影响

采用磁控溅射物理气相沉积(PVD)法在SiC纤维表面进行Ti3Al涂层的制备,研究了该过程中PVD溅射电流对Ti3Al涂层组织结构的影响规律。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对Ti3Al涂层的沉积率、组成物相、晶粒大小、组织结构和表面形貌等进行了观察与分析。研究结果表明,磁控溅射PVD法制得的Ti3Al涂层组成物相与靶材一致,但涂层生长择优取向发生了变化。随着溅射电流的增大,Ti3Al涂层沉积率提高,平均晶粒尺寸增大。此外,涂层的微观形貌为柱状晶组织,但随着溅射电流的增加,涂层表面因粒子溅射辐照温度的升高而升温,同时晶粒边界出现迁移,涂层生长由V型柱状晶生长向等轴柱状晶生长转变,最后形成致密组织。涂层粗糙度的变化与涂层晶粒尺寸和微观结构有关,因此Ti3Al涂层表面粗糙度随着溅射电流增加呈现出先增大后减小的规律。     

喷涂工艺对 SiC 基片上制备的 Si 粘结层组织及性能的影响

环境障涂层体系中 Si 粘结层的制备工艺对涂层性能有重要影响, 性能良好的 Si 粘结层可以有效提高环境 障涂层与 SiC 复合材料结合强度和改善涂层与基体热膨胀的匹配程度。 本文主要研究 Si 粘结层的制备工艺对涂 层组织及性能的影响, 采用大气等离子喷涂技术在 SiC 基片上制备 Si 粘结层, 研究喷涂电流对 Si 粘结层表面粗 糙度、 相组成与形貌、 与基体的结合强度和硬度的影响。 综合分析发现, 喷涂电流为 400 A 时, 颗粒熔融状态良 好, 涂层表面粗糙度 Ra 为 (3.15±0.35) μm, 截面孔隙率为 4.9%, 涂层结合优于其他三组工艺, 其平均结合强度 值为 16 MPa。     

电子束物理气相沉积YSZ热障涂层恒温氧化实验研究

利用电子束物理气相沉积法制备了YSZ热障涂层,并对其恒温氧化时涂层形貌、相组成的演化过程进行了研究.结果表明,YSZ热障涂层具有典型的柱状晶结构.沉积态时YSZ涂层为t/t’相.1100℃恒温氧化1200h后,YSZ涂层仍为t/t’相,未发现脱落.     

电子束物理气相沉积YSZ热障涂层研究

热障涂层陶瓷面层常用的材料为6%～8%(质量分数)Y2O3部分稳定的ZrO2(YSZ).利用电子束物理气相沉积法(EB-PVD)制备了YSZ热障涂层,并对其显微结构、相组成进行了分析.结果表明,YSZ涂层具有典型的EB-PVD制备涂层的柱状晶结构,相成分为t/t'相.     

喷砂工艺对铝合金薄壁件表面状态和结合力的影响

为了探明喷砂工艺对铝合金薄壁件表面粗糙度、基体变形以及涂层结合强度的影响,在 2 mm 厚的 6061 铝合金薄壁件表面采用 24 目和 60 目棕刚玉砂喷砂处理。喷砂压力选择 0.3~0.5 MPa,喷砂次数 1~15 次,测试喷 砂前后厚度、质量和表面粗糙度的变化,并分别采用扫描电镜、光学体式显微镜观察喷砂后表面形貌。在不同喷 砂次数的铝合金表面喷涂 YSZ 热障涂层或涂覆丙烯酸聚氨酯涂层,采用拉伸法和划格法测试涂层的粘结强度。 结果表明,1 次喷砂后,铝合金基体的表面粗糙度 (Ra) 由 0.35 μm 提高至 4.747~11.49 μm,厚度也略微增加,质 量变化不明显,24 目喷砂会造成基体表面明显变形。铝合金薄壁件多次喷砂后质量和厚度线性降低,随着砂粒 粒径和喷砂压力的提高,质量和厚度的降低速率提高。铝合金 1 次、5 次和 15 次喷砂后,其表面 YSZ 热喷涂涂 层结合强度分别为 23.53 MPa、24.80 MPa 和 17.28 MPa,有机涂层的附着力均达到 0 级。砂粒过大会造成铝合金 薄壁件变形。影响喷砂表面粗化效果的主要因素是砂粒粒度,喷砂压力的影响较小。多次喷砂对表面粗糙度和涂 层结合强度的影响不显著,但会造成基体厚度的减少和表面状态不均匀。     

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。     

Y3Al5O12 掺杂对 YSZ 热障涂层微观结构和高温相稳定性的影响

本文采用大气等离子喷涂技术制备了不同Y_3Al_5O_(12)含量的YSZ@Y_3Al_5O_(12)/NiCrAlY热障涂层,研究了Y_3Al_5O_(12)对YSZ@Y_3Al_5O_(12)热障涂层的微观组织结构和高温相稳定性的影响。结果表明:等离子喷涂YSZ@Y_3Al_5O_(12)涂层呈典型的层状结构,Y_3Al_5O_(12)和YSZ交替沉积。随着Y_3Al_5O_(12)含量的升高,层与层之间的柱状晶结构逐渐消失。制备态的YSZ@Y_3Al_5O_(12)涂层主要含有c-ZrO_2晶相。1250℃下烧结50h后YSZ涂层发生了明显的相变,而1150℃和1250℃热处理后YSZ@Y_3Al_5O_(12)涂层含有相同的c-ZrO2和Y_3Al_5O_(12)两种晶相,表明Y_3Al_5O_(12)可以改善YSZ的高温相稳定性。     

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。     

Microstructure and thermal cycling behavior of nanostructured yttria partially stabilized zirconia (YSZ) thermal barrier coatings

Nanostructured yttria partially stabilized zirconia(YSZ) coatings were prepared by atmospheric plasma spraying(APS) using the conglomeration made by zirconia nanoparticle as the raw materials.The measurement methods,which consisted of scanning electron microscopy(SEM),transmission electron microscopy(TEM) and thermal cycling behavior,were used to character the morphology,composition and thermal oxidation behavior of the powder and the coatings.From the results,it was shown that the YSZ coating was the laminar structure,and the elements distribution in the bond and top coat were well-proportioned.The YSZ coatings were composed of fine grains with size ranging from 30 to 110 nm.The laminar layers with columnar grains were surrounded with unmelted parts of the nanostructured powder and some equiaxed grains.In the as-sprayed nanostructured zirconia coatings,there existed pores that were less than 1 μm.The cracks were observed on some of the crystal border.The cyclic oxidation experiment showed that the nanostructured coating had longer thermal cycling lifetime to exhibit the promising thermal cyclic oxidation resistance.The failure of the nanostructured TBC was similar to the failure of conventional APS TBC.     

钛合金表面非平衡磁控溅射沉积NiCoCrAlY涂层

采用非平衡磁控溅射技术在TCA钛合金表面沉积NiCoCrAlY抗烧蚀涂层,分析了不同溅射工艺下沉积涂层的微观结构以及对涂层组织的影响。结果表明：溅射沉积涂层成分主要与靶材成分均匀性有关,沉积涂层的成分与靶材成分基本一致;溅射过程中由于涂层表面不均匀的择优生长,造成涂层表面粗糙度有提高的趋势,涂层表面会产生大量的微米级的颗粒状突起以及出现少量直径约十几个微米的圆丘形突起,都呈现中心高、四周低的特征。实验制备涂层厚度在7～60μm之间,组织致密,厚度均匀,与基体结合良好,涂层增厚与溅射时间呈线性关系。XRD分析说明涂层表面主要是AlNi3,Al0.9Ni0.22相,其他涂层元素以非晶态存在,随涂层沉积时间延长,涂层表面晶态结构发生破坏,涂层元素之间形成的化合物相趋于消失。     

不同显微结构 Yb2Si2O7 环境障涂层的抗热震性能研究

采用低压等离子喷涂工艺 (LPPS) 在 SiCf/SiC 复合材料表面依次制备了 Si 底层、 Mullite 中间层和 Yb2Si2O7 面层的环境障涂层。 通过不同的喷涂参数分别制备出层状结构和层柱混合结构的 Yb2Si2O7 面层, 并考察面层结构 对环境障涂层抗热震性能的影响。 结果表明, 所制备的两种面层涂层均具有孔隙率低、 界面结合紧密的特点, 层柱 混合结构的面层中柱状结构为 Yb2Si2O7 气化所形成, 而层状结构为液相沉积所形成。 X 射线衍射分析结果显示, 层状涂层结晶良好, 而层柱混合结构涂层中存在大量的非晶态。 对非晶态进行热处理可得到结晶完全的层柱混合 结构涂层。 热震实验结果表明, 层状涂层经 355 次热震后脱落面积很小, 表现出良好的抗热震性能。 相比之下, 非晶态层柱混合结构涂层经热震 3 次后即出现脱落, 经 155 次热震后脱落面积达到 5%, 抗热震性能较差。 晶态 的层柱混合结构涂层经热震 20 次后出现脱落, 随后脱落速度减缓, 但到第 40 次热震时, 涂层大块脱落加速失效。     

汽车用合金化热镀锌, IF, 钢表面摩擦系数

采用平板滑动实验研究了表面相组成、表面粗糙度、拉速、压力及涂油品种等因素对汽车用合金化热镀锌IF钢表面摩擦系数的影响。研究发现对于合金化热镀锌IF钢表面存在大量柱状ζ相的镀层表面, 其表面摩擦系数通常大于以粒状δ相为主的镀层表面;以柱状5相为主的镀层表面,当镀层表面存在大量尺寸较大的“火山口”状形貌时,其表面摩擦系数相对较小。     

真空冷喷涂LiNi_(0.33)Co_(0.33)Mn_(0.33)O_2涂层颗粒沉积行为研究

真空冷喷涂是一种基于室温及真空条件下超细陶瓷粉末粒子的撞击破碎实现涂层沉积的方法。目前,真空冷喷涂技术已经在微电子器件,金属防护以及新能源领域展现了良好的应用前景。本研究将目光转向锂离子电池,基于真空冷喷涂技术,在氧化铝基体上制备了锂离子电池LiNi_(0.33)Co_(0.33)Mn_(0.33)O_2(NMC)三元材料正极涂层,使用扫面电子显微镜(SEM)观察了NMC涂层的表面及截面微观形貌,使用X射线衍射(XRD)对涂层的相结构进行了测试,使用3D激光显微镜表征了涂层的表面粗糙度,系统研究了载气流量、喷涂距离、喷涂次数等沉积条件对NMC涂层微观形貌及粒子沉积行为的影响。结果表明,在真空冷喷涂NMC涂层中可以观察到明显颗粒破碎沉积现象,涂层结构致密。NMC粉末颗粒沉积方式受气流量、喷涂距离、喷涂次数等沉积条件的影响,载气流量的提高会提高粒子撞击速度,从而提高涂层沉积速率,但过高的气流量会导致粒子发生冲蚀,在涂层表面留下凹坑,致使涂层粗糙度增大。喷涂距离过大会导致NMC颗粒撞击速度减小,粒子破碎不充分,涂层呈现出类似团聚粉末堆积的疏松结构。喷涂次数影响涂层厚度,在合适的沉积参数条件下,可以通过调整喷涂次数实现涂层厚度的线性调控。     

PS-PVD 热障涂层显微结构对耐侵蚀性能的影响研究

采用等离子喷涂物理气相沉积 ( PS-PVD ) 技术开展了热障涂层梯度结构调控研究，通过调整喷涂送粉速率， 在底部、中间和顶部沉积阶段制备了五种不同的热障涂层，对热障涂层的显微组织、粗糙度、孔隙率、耐熔盐腐 蚀和耐粒子冲蚀性能进行表征，阐明了显微结构变化对热障涂层耐侵蚀性能的影响。研究表明：送粉速率的变化 对PS-PVD热障涂层羽柱状结构的沉积有显著的影响，低送粉速率下，涂层底部结构比较致密，当送粉速率增大时， 由于粉末颗粒在喷涂过程气化不充分，未熔粒子增加，羽柱状顶部结构趋向致密结构转变，涂层顶部孔隙率下降， 表面粗糙度降低。送粉速率由底至顶梯度递增制备的涂层表现出较高的耐熔盐腐蚀性能和耐粒子冲蚀性能。     

Metallic porous supports and ceramic interface layer development for H2 separation membranes

Abstract

Hydrogen separation membranes are typically composed of three components: the porous support (ceramic or metallic, as studied in the present work), the porous ceramic interface layer and the hydrogen selective dense layer (usually Pd or a Pd based alloy). The development of a good support and an appropriate ceramic interface layer is a key issue in the high performance membrane manufacturing process. Metallic supports specifically developed for this application have yet to be developed; those used have different features and are manufactured for applications such as filtering devices. There is a clear need to develop porous supports for hydrogen separation membranes that have good surface quality (roughness and pore size) to allow the deposition of a thin selective layer (typically of Pd). In addition, the development of the ceramic layer is of importance, to allow the deposition of a Pd continuous layer of minimum thickness to increase hydrogen permeation and decrease manufacturing costs by minimising use of expensive Pd. The development and characterisation of a thin Pd–Ag membrane deposited by PVD on a composite metallic–ceramic porous support is reported. The surface properties of AISI 316L and nickel supports were improved and the interdiffusion of Pd and Ag was avoided by deposition of an yttria stabilised zirconia (YSZ) layer by dip coating of nanosized YSZ powders.     

Morphological evolution during the early stages of aluminide coating growth on a single-crystal nickel superalloy surface

The (100) surface of a single-crystal Ni alloy was aluminized as a function of time to study the development of the resulting coating microstructure. A chemical vapor deposition (CVD) reactor, which was specially configured for short-term aluminizing experiments, was used to prepare coating specimens at 1150 °C. After 5 minutes, γ′-Ni₃Al particles ∼100 nm in size randomly nucleated on the alloy surface. Within 20 minutes, a coating layer consisting of preferentially oriented, columnar β-NiAl grains was formed with the segregation of refractory elements (i.e., Ta and W) from the alloy to the coating grain boundaries. The lateral growth of the columnar grains was observed to be relatively rapid for up to 45 minutes, but slowed considerably between 45 and 180 minutes. While the columnar nature of the coating did not change significantly after 20 minutes, the surface features continually evolved, with the appearance of a small amount of the γ′ phase, which coincided with the segregation of the refractory elements to the coating surface.     

铜电极表面电火花沉积TiB2/TiC复层涂层的微观结构及成因

采用电火花沉积工艺将烧结二硼化钛和碳化钛涂覆到铜电极表面形成TiB2/TiC复层涂层,通过扫描电镜(SEM)结合能谱分析研究涂层和界面的微观结构及成分。结果表明,涂层电极横截面分为多个区域,涂层内有裂纹,与基体无明显分层;基体热影响区出现细晶和柱状晶,主要化学成分为铜。细晶区的形成主要是电火花放电过程中快速冷凝时高的形核率所致,并可能与电火花放电的脉冲能量有关。柱状晶区主要是因单向散热引起晶体的定向生长而产生的。