SiC/Mo-Si复合涂层C/SiC复合材料的氧化性能

采用化学气相沉积法(CVD)和刷涂法在C/SiC复合材料表面制备抗氧化涂层。该涂层由致密的CVDSiC层和多孔的Mo-Si层交替组成,其结构从里到外为:CVDSiC层→Mo-Si层→CVDSiC层→Mo-Si层→CVDSiC层。涂层试样于1400℃的氧化实验和1400℃100℃的热震实验结果表明:在氧化和热震过程中,涂层均保持完整,没有出现脱落和掉块等失效现象。经1400℃、150h氧化后,涂层试样的失重率仅为0.25%,失重速率为6.61×10-6g.cm-.2h-1。在热震过程中,涂层试样基本保持氧化增重。经25次和50次热震后,涂层试样的弯曲强度保持率分别为95.73%和81.61%。SiC/Mo-Si复合涂层具有优异的抗氧化和抗热震性能,可对C/SiC复合材料提供1400℃、长时间的氧化防护。     

等离子弧喷涂Al2O3陶瓷涂层低温抗热震性能的研究

为研究等离子弧喷涂Al2O3陶瓷涂层的低温抗热震性能,对不同结构的涂层进行了600 ℃低温热震试验,并分析、探讨了涂层的热震失效机制.结果表明,Al2O3陶瓷涂层低温下热震失效是由层间裂纹或层内裂纹引起的.对于单一Al2O3涂层,涂层与基体的界面是最薄弱处,层间裂纹的萌生及扩展导致涂层自界面处脱落;对于有FeCrAl金属过渡层的涂层,层内粒子间的结合是最薄弱处,层内片层间裂纹的萌生、扩展导致涂层局部脱落.在陶瓷工作层与基体间增加金属过渡层可有效地缓和涂层界面处的热应力,阻碍裂纹的形成及扩展,从而提高涂层的抗热震性能.     

多弧离子镀(TiZr)N硬质膜的热震失效过程

(TiZr)N膜层的热震性能对于(TiZr)N膜在刀具上的应用至关重要,目前此类研究还非常有限。采用多弧离子镀技术制备不同Ti/Zr原子比的3种(TiZr)N硬质反应膜,在600℃下采用水冷和空冷2种方式进行热震循环试验,考察了(TiZr)N硬质反应膜的成分、表面形貌和热震失效过程,讨论了表面形貌特别是表面液滴、膜层成分以及热震循环方式对(TiZr)N硬质反应膜热震性能的影响。结果表明:(TiZr)N膜层热震失效过程具有裂纹形成、裂纹扩展、形变区域形成并最终导致膜层脱落的特性;膜层中Zr含量增加,(TiZr)N膜层热震失效加剧;与空冷热震循环相比,水冷循环明显加剧了(TiZr)N膜层失效。     

Ti2AlNb合金表面射频溅射Al/Al2O3复合层的抗热震性能

为进一步提高Ti₂AlNb合金的抗高温氧化性能,在其表面射频溅射Al/Al₂O₃复合层,并于650℃下进行了抗热震性能研究,采用扫描电镜及能谱仪观察复合层形貌并分析其成分。结果表明:Al/Al₂O₃复合层平整致密,无贯穿裂纹,复合层中Al₂O₃层厚约1μm,Al层厚约14μm;热震循环50次时复合层表面出现了微小裂纹,随着热震循环次数增加,裂纹不断扩展,表层Al₂O₃颗粒增大;Al/Al₂O₃复合层能有效提高Ti₂AlNb合金的抗热震性能。     

炭/炭复合材料SiC/SiC+mullite/mullite涂层制备及其高温性能

为提高炭/炭复合材料的防氧化性能,采用包埋法与超音速等离子喷涂法相结合,在其表面制备了SiC/SiC+mullite/mullite多层防氧化涂层.外涂层主要组成是莫来石(mullite)相.对涂层试样进行了1 500℃恒温氧化和1 500℃～室温热震测试.实验结果表明,涂层试样经1 500℃恒温氧化150 h后,失重率仅为0.26%;经1 500℃～室温15次热震后,失重率仅为0.25%,显示出较优异的防氧化、抗热震性能.莫来石(mullite)具有良好的耐高温性能、低的氧扩散率,且SiC涂层氧化生成的SiO2在高温下能够愈合裂纹等缺陷,这是SiC/SiC+mullite/mullite涂层较好防氧化能力的主要原因.     

钨铜梯度材料热震过程中显微组织及热性能

针对目前W-Cu功能梯度材料(FGM)在长期热震循环过程中的稳定性缺乏相应研究的问题,以化学镀W-10wt%Cu复合粉体和Cu粉为原料,通过叠层压制和常压气氛烧结的工艺制备了W-10wt%Cu/W-20wt%Cu/W-30wt%Cu层状梯度材料。在600℃、800℃、1000℃温度下进行热震试验,对试样在不同热震温度、热震次数下的显微组织和热学性能变化进行了研究。试验结果表明,随着热震温度升高,渗出至试样各梯度层表面的Cu逐渐增加。当热震温度达到1000℃时,试样各梯度层表面出现大量Cu聚集成片的现象,同时在W-20wt%Cu/W-30wt%Cu界面处发现了界面裂纹。随着热震次数的提高,在W-10Cu层中,Cu逐渐渗出表面并在内部留下微孔。此外,W-Cu FGM的热导率随热震次数的增加而减小,在1000℃经过200次热震后,室温热导率由200.54 W·(m·K)?1降至159.23 W·(m·K)?1,降低了20.60%。该结果揭示了热震循环中裂纹形成与显微组织变化的耦合失效机制,明确了W-Cu FGM安全服役的范围。      

3D-C/SiC复合材料热震损伤行为

用3D—C／SiC和重结晶SiC陶瓷材料在光辐射热震试验机上进行了两种温度落差(△T=600℃，800℃)和不同应力的热震试验。3D—C／SiC用弹性模量和电阻表征的热震损伤曲线有相似的规律，即都大致由三阶段构成，首先是损伤急剧增加阶段，紧接着是损伤缓慢增加阶段，最后为损伤短暂的急剧增加阶段。个别电阻表征的热震损伤曲线仅在初始阶段损伤有下降现象。3D—C／SiC复合材料的抗热震性能明显优于重结晶SiC陶瓷材料；三种界面层的3D—C／SiC中，以热解碳沉积时间为20h获得的界面层复合材料热震寿命最长。     

YZrHf热障涂层的制备及热震性能分析

目的 研究喷涂态YZrHf热障涂层的微观组织及其抵抗高温热冲击的性能,探讨高温条件下热生长氧化物(TGO)对陶瓷层的影响。方法 采用大气等离子喷涂(APS)技术制备厚度约为300μm的YZrHf热障涂层,并将涂层在950℃下保温15 min后进行水冷循环热震实验,直至涂层剥落失效,使用SEM、EDS、X射线衍射仪对制备态及热震实验后的热障涂层微观组织进行分析。结果 涂层表面粗糙不平且分布有十几到几十微米长度的网状裂纹,这些相互贯通的裂纹为氧气的进入提供了通道。经过101次循环热震实验后,涂层部分区域剥落失效,SEM结果显示,在陶瓷层/黏结层界面处、黏结层内部均出现了热生长氧化物,且在陶瓷层中分布有横向、纵向的贯通性裂纹,而在TGO生长区域,也出现了一些小裂纹,但涂层并未剥落。经测定分析可知,TGO的主要成分为Al₂O₃、Cr₂O₃、NiO以及尖晶石氧化物组成的混合物(CSN)。结论 热震实验后TGO层中Al元素贫化,Ni、Cr等元素向界面处迁移参与反应,同时尖晶石氧化物以α-Al₂     

气氛与应力对3D C/SiC复合材料热震行为的影响

为了确定薄界面 3D C/ SiC复合材料,即热解炭界面( PyC界面) 厚度低于标准厚度(200 nm) 的复合材料,在应力下和氧化性气氛中的抗热震性 , 利用感应加热环境箱在 700～1200℃氧化性气氛中进行了热震试验,基于试验后的强度保持率变化、拉伸应力2位移曲线变化、微结构变化和试验过程中的长度变化等研究了气氛和应力对其热震损伤行为的影响。研究发现,对于薄界面3D C/SiC复合材料,应力增加了裂纹开度,促进了C相的氧化,加快了热震损伤饱和速度,且蠕变应力对热震损伤的加速作用高于疲劳应力。氧化性气氛对界面的适度氧化和应力导致的界面脱粘能提高了薄界面3D C/SiC复合材料的强度保持率,说明其在应力条件下具有较好的抗氧化和抗热震性能。      

低压化学气相沉积MoSi2涂层微观结构及氧化性能

为了防止Mo合金的高温氧化,本研究采用低压化学气相沉积技术在Mo合金表面制备MoSi2抗氧化涂层,借助X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪等分析手段,对涂层的微观结构进行了研究,测试了涂层的抗氧化和抗热震性.结果表明:MoSi2涂层结构致密,仅有少量微裂纹存在,表现出良好的抗热震和抗氧化性能;经20次1300℃-室温循环热震实验后,涂层未出现开裂与脱落现象;涂层试样在1300℃氧化气氛下氧化180 h,失重率小于0.83%,分析揭示了涂层试样氧化失重的主要原因为氧扩散通过涂层与Mo基体发生反应,生成极易挥发的MoO、MoO2、MoO3,氧在涂层中的扩散速率决定了涂层的失重速率.     

圆柱基体热障涂层热冲击下失效的瞬态应力分析

用等离子喷涂方法在合金圆柱体上制备了热障涂层,并用水冷的方法进行了热冲击实验,试样的失效现象为轴向的开裂和剥落.利用有限元分析工具对热障涂层的热冲击进行模拟,通过对涂层内部应力随时间分布的分析发现:热冲击过程中陶瓷层表面的周向应力随着时间由拉转变为压,冷却初期陶瓷层的周向拉应力值较大,超过了陶瓷层的抗拉强度,因而淬冷初期的周向应力是导致轴向裂纹萌发的主要原因;陶瓷层与粘结层接触面上的径向拉应力与粘结层的氧化生长引起界面开裂;轴向裂纹和界面开裂共同导致陶瓷层的剥落.     

NiCoCrAIY和NiCr粘接层抗热震性能的对比

为了提高GH907合金的抗高温和抗热腐蚀性能,利用低压等离子喷涂技术在其表面制备了NiCoCrAlY 粘接层和NiCr粘接层,并对2种粘接层的抗热震性能进行了研究.结果表明,NiCoCrAIY粘接层和NiCr粘接层经过10次热震后,表面都有裂纹产生,且NiCoCrAlY粘接层的裂纹较NiCr粘接层的粗大;在横截面上Ni...     

镀铝表面改性7YSZ纳米热障涂层热震性能分

为提高7YSZ纳米热障涂层的热震性能, 实验中采用超音速火焰喷涂(HVOF)在涡轮叶片模拟工件上制备了粘结层NiCrCrAlYTa, 再使用大气等离子喷涂(APS)在粘结层上制备了7YSZ纳米陶瓷层。采用磁控溅射在7YSZ热障涂层样品表面镀铝, 并在不同压力下(200、250、300 Pa)对镀铝样品进行热处理表面改性。对喷涂态样品和镀铝改性后样品进行水淬热震实验, 1050℃保温10 min+水冷5 min为一个热循环, 观察热障涂层镀铝改性前后样品在水淬热循环过程中形貌和结构演变。实验结果表明, 镀铝改性后样品表面存在铝薄膜蒸发、凝固后形成的疏松纳米Al晶粒表层以及由Al和ZrO₂原位反应形成的致密α-Al₂O₃底层。在镀铝样品热处理过程中, 随着压力升高, 疏松层致密度逐渐增加。不同热处理压力下镀铝表面改性后样品经过73次水淬热循环后剥落面积均小于喷涂态样品, 显示出良好的抗热震性。     

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.     

Na2O-B2O3-SiO2玻璃焊料连接碳化硅陶瓷接口抗热震性能

采用水淬法对以Na₂O-B₂O₃-SiO₂体系玻璃焊料连接的常压烧结碳化硅试条的抗热震性能进行了研究. 对不同温度下淬火后接口以及断面处微观结构进行了比较与分析, 并对比了不同淬火温度以及固定淬火温度为150℃时多次热循环后连接试条的残余弯曲强度. 结果表明, 对于单次淬火, 当淬火温度为150℃时, 由于热应力引起中间层内部微裂纹扩展, 导致残余弯曲强度迅速降低到(152±28) MPa. 淬火温度在150℃~320℃时, 中间层内部裂纹保持在亚临界状态, 相应弯曲强度基本保持在140 MPa. 继续升高淬火温度至420℃时, 裂纹进一步扩展, 试条残余弯曲强度迅速降低至(32±8) MPa. 对于多次热循环, 当淬火温度固定在150℃时, 经多次热循环, 残余弯曲强度与热循环次数变化不明显, 基本保持在120 MPa左右, 这说明在150℃以下淬火, 连接试条具有较好的抗热循环冲击性能.     

A carbon nanotube–enhanced SiC coating for the oxidation protection of C/C composite materials

A carbon nanotube–enhanced SiC (CNT–SiC) coating was deposited on C/C composites to improve the oxidation resistance of C/C. The CNT–SiC coating was prepared by direct growth of CNTs on C/C surface at 700 °C followed by deposition of SiC using chemical vapor deposition at 1150 °C for 1 h. SiC was deposited on the CNTs as well as the interface between CNTs and C/C, making CNTs strongly rooted on C/C surface. The final CNT–SiC coating consisted of two layers: the CNT–SiC layer and SiC layer. In comparison to the SiC coating, the CNT–SiC coating showed fewer cracks and a better oxidation resistance because the CNTs reduce the stress in the coating caused by the mismatch of the coefficient of thermal expansion between C/C and SiC.     

Stellite12钴基合金热循环冲击前后拉伸断裂机理研究

对不同缺口的Stellite12钴基合金试样(700℃/20℃进行不同次数的热循环冲击和未冲击)进行原位拉伸,并结合试验数据的分析以及断口形貌的扫描电镜观察,分析了Stellite12钴基合金热循环冲击前后的拉伸断裂过程和断裂机理。结果发现:热循环冲击后不同半径试样的断裂过程略有不同,热循环冲击后的小圆弧缺口试样在缺口根部产生表面微裂纹,试样边缘及微裂纹两侧产生氧化微孔;原位拉伸时,该试样热冲击过程产生的裂纹先向试样厚度方向扩展,待厚度方向贯通,然后裂纹尖端的基体发生变形、黑相(白相)穿晶开裂、少量沿氧化微孔裂开,试样瞬间发生断裂;而经历热循环冲击后的大圆弧试样表面并未产生明显的裂纹,拉伸加载过程经历大圆弧根部基体变形、黑白相内开裂、边缘氧化微孔张开,试样突然断裂;对于未冲击试样,在加载过程中,试样的断裂过程经历基体变形、黑白相内部开裂,能量聚集到一定程度试样突然断裂。对于未热冲击的三种不同试样其断裂过程基本类似,仅仅是由于小圆弧半径的试样应力集中程度更大,从而使得其断裂应力低于平板以及大圆弧试样。     

高温氧化及热震对SiC/ZrB2-SiC/SiC涂层炭/炭复合材料力学行为的影响

为提高炭/炭(C/C)复合材料的高温抗氧化性能,同时分析涂层制备及高温氧化对涂层材料力学行为的影响,在C/C复合材料表面采用反应熔渗、料浆涂刷结合化学气相沉积工艺制备了SiC/ZrB2-SiC/SiC三层高温抗氧化涂层。利用SEM和XRD分析复合涂层的微观结构和相组成,考察涂层复合材料1500℃高温抗氧化和1500℃-室温的抗热震性能,研究高温氧化及热震对涂层C/C复合材料力学行为的影响。结果表明,复合涂层试样1500℃静态空气环境下具有优异的抗氧化及抗热震性能:1500℃氧化20 h后试样保持增重,1500℃至室温热震50次后增重为0.69%。因涂层制备过程中粉料的渗入反应,复合材料弯曲强度增长了7.08%。在经历1500℃氧化20 h和1500℃至室温50次热震后,涂层复合材料弯曲强度有所下降,且因材料界面结合力的减弱使得纤维拔出特征明显,材料塑性断裂特征增强。     

YSZ-Ti3AlC2热障涂层及其高温自愈合行为

采用Ti₃AlC₂作为新型自愈合剂, 利用大气等离子喷涂将混合均匀的YSZ-Ti₃AlC₂粉体制成厚涂层。为观测高温下涂层氧化及裂纹的自愈合行为, 通过外加载荷的方式在涂层表面预制裂纹, 并将样品置于1050℃空气气氛中进行热处理。通过分析涂层制备、热处理前后的物相和形貌演变发现：涂层中的部分Ti₃AlC₂在喷涂后分解为TiC, 热处理后涂层表面形成外层为TiO₂, 内层为TiO₂和Al₂O₃混合物的双层结构。在自愈合过程中, 裂纹内的愈合剂氧化生成Al₂O₃与低密度的TiO₂, 随着扩散控制的氧化反应不断进行, 氧化物逐渐积累并填补裂纹。此外, 在TiO₂生成的同时引起的体积膨胀使裂纹周围产生一定的压应力, 强化愈合效果, 最终完全愈合裂纹。     

树脂基复合材料表面隔热涂层的组织与性能研究

以碳纤维增强环氧树脂作为基体材料, 设计并制备了一种轻质、环保的隔热涂层。为解决基体材料与涂层之间热膨胀系数差别大导致易于开裂的问题, 同时实现具有高反射率和低热导率的目标, 通过添加聚氨酯、TiO₂、SiO₂、Al₂O₃等填料制备连接层、阻隔层、反射层等三个不同功能层形成复合隔热涂层。通过优化涂层脱落时间、反射率、热导率等, 得到连接层、阻隔层、反射层最优厚度分别为80、120和90 μm。优化后的隔热涂层具有优异性能: 涂层的反射率高达0.95, 导热系数为0.048 W·m ^-1·K ^-1, 隔热温差为20.1 ℃; 耐热冲击性能良好, 190 ℃的最大失重率为3.7%, 并在随后保持稳定; 在160 ℃连续保温4 h后表面变黄, 但无明显脱落现象, 同时, 纳米填料颗粒保持原状态。