悬浮液等离子喷涂热障涂层的沉积机制及热循环特性

悬浮液等离子喷涂(SPS)较大气等离子喷涂(APS)具有诸多优势,目前对SPS涂层沉积机理报道较少。采用6%~8%Y2O3-ZrO2(YSZ)悬浮液送料进行等离子喷涂制备热障涂层,利用激光粒度仪测试悬浮液中的YSZ粒度,采用扫描电镜(SEM)、光学显微镜观察雾化粒子形貌和涂层的显微组织,探讨涂层的热循环特性并分析其沉积机制。结果表明:悬浮液中93.38%的YSZ粒子尺寸在3.311μm以下;等离子火焰中雾化的YSZ粒子主要有熔融致密的小球状、未完全熔融的疏松球状和未熔融的原始无定形3种形态;喷涂时,小球状粒子撞击基体表面后主要形成直径3~7μm的致密扁平粒子,未完全熔融的疏松球状和无定形态粒子撞击基体时铺展不明显,粒子堆积时容易形成孔隙;粘结层与陶瓷层间横向裂纹的萌生扩展导致热障涂层最终脱落失效。     

镁合金AZ91HP表面激光重熔Al2O3涂层的组织及性能

采用等离子喷涂和激光重熔复合工艺在AZ91HP镁合金表面制备了Al2O3陶瓷涂层.结果表明,由于受激光作用区温度场分布、陶瓷材料热物性参数和涂层厚度等因素的综合影响,激光重熔Al2O3涂层呈现出明显的分层结构特征.依据组织结构不同,可将其分为:由α-Al2O3柱状晶构成的表面熔凝区、具有团絮状形貌特征的烧结区以及保持原喷涂态结构特征的残留等离子喷涂层.由于激光重熔陶瓷涂层表面单相α-Al2O3柱状晶的形成,使其硬度及耐磨、耐蚀性均明显优于等离子喷涂Al2O3涂层和原始镁合金.     

烧结NdFeB表面等离子喷涂Al防护涂层制备工艺及性能研究

目的 采用大气等离子喷涂工艺在烧结NdFeB磁体表面制备Al防护涂层,实现NdFeB磁体防护强化。方法 通过不同喷涂工艺制备Al涂层,采用扫描电子显微镜观测涂层表面、截面形貌和堆积厚度,利用垂直拉拔法测试最佳工艺下涂层的结合强度。喷涂不同厚度Al防护涂层,采用电化学工作站和中性盐雾腐蚀试验研究涂层的耐腐蚀性能,利用脉冲磁场磁强计对比分析喷涂Al涂层厚度对磁体磁性能的影响。结果 喷涂电流从400 A提高至600 A,当喷涂电流为500 A时,涂层表面致密,无明显溅射堆垛和未熔颗粒;喷涂30次,涂层厚度达到40 μm,结合强度达15.5 MPa。等离子喷涂Al防护涂层对NdFeB基体构成牺牲阳极保护,不同厚度涂层的自腐蚀电位无明显差异,约为–1.1 V,自腐蚀电流密度相对NdFeB基体降低了2个数量级。随着涂层厚度的增加,Al防护涂层的耐腐蚀性能逐步提高,喷涂厚度的70 mm的Al防护涂层耐中性盐雾腐蚀时间最高可达300 h以上。随着Al涂层厚度从0 μm增加至70 μm,磁体矫顽力略有提升,剩磁降低为原始样的2.0%~4.26%。结论 等离子喷涂技术可极大改善NdFeB磁体的耐腐蚀性能,为NdFeB防护的工业应用提供了新思路。     

喷涂工艺对MoSi2-Al2O3涂层组织与性能的影响

目的在不锈钢表面制备一种可服役于高温富氧环境中的抗高温氧化防护涂层。方法采用MoSi_2-Al_2O_3团聚烧结粉末为喷涂原料,分别利用等离子喷涂和火焰喷涂两种工艺在310S不锈钢表面制备MoSi_2-Al_2O_3抗高温氧化涂层。采用SEM、EDS、XRD和粗糙度测量仪分析涂层的组织结构,使用拉伸法检测涂层的结合强度,采用高温氧化实验表征涂层的抗高温氧化性能。结果等离子喷涂涂层中的粉末熔化程度较火焰喷涂涂层更高,涂层呈现致密的堆叠结构且Si、O元素分布更为均匀。等离子喷涂涂层的结合强度为24.25 MPa,较火焰喷涂涂层提高了约68%。经1200℃高温氧化试验后,火焰喷涂涂层出现粉化,氧化剧烈并发生剥落,而等离子喷涂涂层未出现粉化现象,涂层结构完好。在高温氧化过程中,由于等离子喷涂涂层组织致密,可有效避免涂层粉化,均匀分布的Si元素在涂层氧化过程中更易产生SiO_2并对涂层裂纹进行有效填补,阻碍了氧原子向涂层内部扩散,因此涂层抗高温氧化性优异。结论采用等离子喷涂技术能够在310S不锈钢表面制备出组织结构、结合强度及高温性能更好的MoSi_2-Al_2O_3涂层。     

纳米氧化铝悬浮液浓度对等离子喷涂涂层构建的影响

采用纳米氧化铝(粉末直径约20nm)悬浮液大气等离子喷涂技术(SPS)制备了含纳米结构的涂层.采用理论计算、SEM分析的方法研究纳米氧化铝悬浮液浓度对涂层构建的影响.结果表明,纳米氧化铝悬浮液浓度对粒子直径的分布,喷涂悬浮液所需的等离子能量,涂层表面粗糙度以及涂层显微结构都有显著的影响,降低悬浮液浓度有利于获得精细的涂层结构,但喷涂效率降低,优化的悬浮液浓度(质量分数,%)在5～10.     

等离子喷涂用纳米结构Gd2Zr2O7 喂料的制备与性能

目的 稀土锆酸盐具有低热导率、优异的抗烧结性能和相稳定性,是下一代热障涂层和环境障涂层的理想材料。通过纳米粉体再造粒技术制备出等离子喷涂用高性能纳米结构球形喂料Gd2Zr2O7,以满足下一代热障涂层和环境障涂层的需求。方法 以Gd2O3与ZrO2粉体为原材料,采用纳米粉体再造粒技术制备出可等离子喷涂用的纳米结构Gd2Zr2O7喂料。利用SEM、XRD研究了固相烧结温度和时间对Gd2Zr2O7含量和晶粒尺寸的影响,分析了纳米结构Gd2Zr2O7喂料在不同纳米粉体再造粒阶段的微观形貌和相组成。同时,测定了纳米结构Gd2Zr2O7喂料的流动性、松装密度和振实密度。结果 纳米粉体再造粒技术可以制备出等离子喷涂用纳米结构Gd2Zr2O7喂料,喂料内部结构致密,球形度好,粒径为10~50 μm。在纳米粉体再造粒过程中,晶粒尺寸会随着烧结温度的升高而增大。在1 300 ℃烧结2 h生成的Gd2Zr2O7含量高,且晶粒尺寸小,为最优固相烧结工艺。等离子球化处理能有效地改善喂料的流动性。等离子球化处理后的喂料松装密度为2.09 g/cm3,振实密度为3.26 g/cm3,流动性为22.3 s/(50 g)。结论 采用纳米粉体再造粒技术成功制备出纳米结构Gd2Zr2O7粉体喂料。该喂料颗粒内部结构致密,外部表面光滑,球形度好,适合等离子喷涂,有望成为下一代热障涂层和环境障涂层。     

Dy30Cu70合金晶界扩散对烧结Nd-Fe-B磁体组织和磁性能的影响

采用电弧熔炼技术制备了低熔点Dy₃₀Cu₇₀合金,研究了Dy₃₀Cu₇₀合金晶界扩散对烧结Nd-Fe-B磁体磁性能和微观结构的影响。结果表明:烧结Nd-Fe-B磁体与Dy₃₀Cu₇₀粉末在850℃下扩散5 h,然后在450℃下回火0.5 h后,获得的磁体综合性能最佳,其矫顽力、剩磁和最大磁能积分别为1373 kA·m^-1、1.32 T和333 kJ·m^-3,与原始磁体相比,矫顽力增加了21.8%。晶界扩散后,Dy元素会部分取代主相中的Nd元素,形成(Nd,Dy)₂Fe₁₄B硬磁相,从而提高磁体的矫顽力,而Cu会改善磁体中富稀土相的结构,减少晶粒间的交换耦合作用。Dy₃₀Cu₇₀晶界扩散后,烧结Nd-Fe-B磁体的热稳定得到一定的提高。     

等离子喷涂纳米复合陶瓷涂层的组织结构及其形成机理

以Al2O3-13%TiO2(质量分数)团聚体复合陶瓷粉末为材料,采用等离子喷涂工艺在TiAl合金表面制备纳米结构陶瓷涂层.用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析粉末和涂层形貌、微观结构及相组成,讨论涂层的微观组织形成机理.结果表明:纳米结构复合陶瓷涂层由部分熔化区以及与常规等离子喷涂类似的片层状完全熔化区组成;根据组织结构的不同,部分熔化区又分为液相烧结区(亚微米Al2O3粒子镶嵌在TiO2基质相的三维网状或骨骼状结构)和固相烧结区(经过一定程度长大但仍保持在纳米尺度的残留纳米粒子);等离子喷涂使部分α-Al2O3以及全部θ-Al2O3转变为亚稳态γ-Al2O3;纳米结构复合陶瓷涂层中的完全熔化区、液相烧结区及固相烧结区分别由等离子喷涂过程中纳米团聚体粉末中温度高于Al2O3熔点、介于TiO2熔点到Al2O3熔点之间以及低于TiO2熔点区域沉积获得,纳米结构涂层中不同部分熔化组织源于复合陶瓷粉末中Al2O3与TiO2之间的熔点差异.     

放电等离子烧结NdFeB的晶界结构与矫顽力

选取Nd11Dy2Gd2FebalAl4.0Nb0.8Zr0.8B6/Dy2O3磁粉采用放电等离子烧结技术制备各向异性磁体。微观组织和磁性能研究表明,烧结温度对磁体中晶界相的分布形态起决定作用。样品经870 ℃,12 min (40 MPa)放电等离子烧结及后续970 ℃, 2 h + 600 ℃, 1 h二级回火后,致密度达到7.39 g/cm3,剩磁达到1.08 T,矫顽力达到1181 kA·m-1。与同成分的传统烧结磁体相比较,放电等离子烧结磁体中晶界相分布不连续、晶界相中的稀土元素相对含量因烧损而显著下降以及晶界结构存在一定程度的不平衡等问题,都导致磁体的矫顽力较低。     

等离子弧喷涂工艺对Al2O3-TiO2涂层组织的影响

利用空气等离子孤喷涂(APS)技术制备Al2O3-3%TiO2复合粉末涂层.采用金相分析方法研究喷涂工艺参数对涂层组织和孔隙率的影响,从而确定合理的喷涂工艺参数.     

Al/Ti扩散层形成的扩散溶解机制

分别在铝组元熔点之下和之上对Al/Ti镶嵌式扩散偶进行退火热处理,形成固-固和固-液扩散偶.利用光学显微镜、扫描电子显微镜和电子探针显微分析仪观察和分析Al/Ti固-固和固-液扩散层的形态和结构,并对其形成微观机理进行了研究.结果表明,Al/Ti固-固扩散层由一层TiAl₃构成;固-液扩散层由TiAl₃单相层与TiAl₃和Al(Ti)固溶体双相层两层构成,双相层TiAl₃和Al(Ti)固溶体的形态自铝向钛呈现规律性变化.Al/Ti固-固TiAl₃扩散层和固-液TiAl₃单相层的形成都是铝扩散溶解到钛中形成以钛为溶剂的Al-Ti固溶体结晶形成的;而Al/Ti固-液TiAl₃和Al(Ti)固溶体双相层是钛先溶解再扩散到液态铝中形成的Al-Ti液溶体结晶形成的.铝液中Ti原子浓度自铝向钛逐渐升高,导致了双相层TiAl₃和Al(Ti)固溶体形态的规律性变化.     

EFFECT OF METAL-OXIDE DIFFUSION BARRIER ON INTERDIFFUSION OF ELEMENTS BETWEEN COATING AND SUBSTRATE

The effect of LPPS Ni_3Al-Y_2O_3 diffusion barrier layer on interdiffusion of elements betweencoating and substrate has been investigated.It was found that the retardation of interdiffusionis related to the amount of oxide in the diffusion barrier layer.The retardation is not remark-able when the content of Y_2O_3 is 8 wt-%,whereas the diffusion of Al,Co or Cr has all beennotably retarded when the content of Y_2O_3 reaches 30 wt-%.The retardation effect of diffu-sion barrier is different for different elements such as Al,Co or Cr.     

金属-氧化物扩散障对涂层和基体间元素互扩散的阻碍作用

本文研究了低压等离子喷涂的Ni_3Al-Y_2O_3扩散障层对外层涂层与基体间元素互扩散的阻碍作用,发现阻碍扩散的作用与扩散障层中氧化物含量有关。当Y_2O_3含量为8wt-%时,扩散障对元素互扩散没有明显的阻碍作用;当Y_2O_3含量为30wt%时,对Al,Co和Cr等元素的扩散有明显的阻碍作用。并且,阻碍作用随元素不同而不同。     

填充Co的CoCrCuFeNi高熵合金扩散焊接头的组织和扩散机制

在850,950,1050和1100℃下,填充Co中间层对CoCrCuFeNi高熵合金（HEA）进行了扩散焊接,并对接头微观组织和扩散机制进行了分析。结果表明,在各温度下接头均形成了牢固的结合,接头无金属间化合物生成,高熵合金侧界面周围残留部分柯肯达尔孔。对Cr、Fe、Cu和Ni在Co填充层中的扩散系数进行了计算,排序如下：Cu>Cr>Fe>Ni。所有元素的扩散速度均在相同水平,CoCrCuFeNi高熵合金和Co填充层之间的扩散是在空位机制和晶界扩散机制的共同作用下发生的。     

Reactive Diffusion in Ni-Si Bulk Diffusion Couples

Reactive diffusion in the Ni-Si system has been studied using bulk polycrystalline Ni/Si wafer diffusion couples in the temperature range from 450 to 700 °C and with annealing times of up to 32 h. For all diffusion couples, three phases were detected Ni₂Si, Ni₃Si₂, and NiSi. The thickness e of the reaction product is not homogeneous; its global growth kinetics satisfies the parabolic law and the total growth coefficient k ² (e ² = k ² t) is found to be expressed by: k ² = 2.5 × 10⁻⁴ exp (−160 kJ/RT), in m²/s. The Ni₂Si layer is homogeneous in thickness, and the value of its growth coefficient obtained by extrapolation at lower temperatures is more than two orders of magnitude smaller than the values obtained in thin-film experiments.     

Ti／Al扩散焊的接头组织结构及其形成规律

以TA2和L4为焊接材料进行扩散焊，结合剪切断口形貌，XRD分析，SEM分析和接头强度测试，研究了Ti／Al扩散焊的接头形成规律。结果表明，接头形成过程包括互扩散形成冶金结合、冶金结合区生成新相、新相颗粒长大连接成片层、新相片层按照抛物线规律生长4个阶段。TiAl3是扩散反应的初生相，且在较长时间内是唯一生成相。它的生成具有一定延迟时间tD，tD受温度影响很大。接头强度取决于扩散区中冶金结合的程度及界面结构，在TiAl3新相连接成片层之后，接头强度达到甚至超过L4型Al母材。接头剪切断裂发生在界面扩散区的Al侧或Al母材内部。     

LF6/TA2扩散焊接接头组织结构及性能

进行了LF6／TA2扩散焊接试验，结合断口形貌、XRD分析、能谱分析和接头强度测试，研究了Al，Mg，Ti三组元互扩散过程，给出了接头形成规律及其强度性能。结果表明，扩散焊接可以得到最高抗剪强度达83MPa的LF6／TA2接头；525℃以上扩散焊接时会发生扩散反应，生成唯一的三元金属间化合物新相Al18Ti2Mg3；接头强度受固溶冶金结合区及扩散反应新相区的影响，随前者增大而增大，随后者增大而减小；Al，Ti元素可以互扩散，但未发现有Mg元素向TA2母材中扩散的迹象；Al，Ti，Mg三元扩散反应产物按照近似线性的生长方式长大。     

SIMULATION OF THE CHANGE OF SINTERING NECK BETWEEN TWO GRAINS IN TWO DIMENSIONS

1.IntroductionThe powder sintering is an important process in powder metallurgy,in which complex changes oc-cur at elevated temperature;however,these changes are difficult to be observed directly.With the devel-opment of computer simulation,the simulation of powder sintering process have been carried out by anumber of researchers[1-6].For example,the simulation of the intermediate and last stages for ceramicpowder sintering have progressed to a certain extent,and the growth and evolution proce…     

"相变-扩散钎焊(T/DB)"新工艺及其接头界面形貌

为减小相变超塑性扩散连接的循环次数,提出了一种新型焊接工艺"相变-液相扩散焊(T/DB)",即在待焊母材间预先放入液相扩散焊用的中间层,然后按传统相变超塑性扩散连接工艺施焊,但要求温度循环的峰值温度须同时大于母材的相变点与中间层的熔点.试验以低碳钢为母材,以镍基非晶箔带(BNi2)为中间层,进行了低碳钢的相变-扩散钎焊(循环3次)与液相扩散焊接(1200℃×3 min)的对比试验.结果表明相变-液相扩散焊所需温度循环次数少,接头无界面空洞,其接合线呈非平面状;而液相扩散焊接头的接合线较平直.分析认为,界面的起伏是母材的适度溶解与超塑性流变共同作用的结果;非平面状界面有利于增大金属-金属接触面积及扩散通道的面积,为获得合格接头做出了相应贡献.     

扩散连接接头金属间化合物新相的形成机理

扩散连接接头中界面区脆性金属间化合物相的出现往往会造成接头性能的恶化,因此研究并建立接头界面区金属间化合物相的生成和成长行为的数学模型对扩散连接过程有非常重要的理论及现实意义。本文根据扩散理论,指出界面处生成相的动力学驱动力限决于扩散偶中组元自身的特性,生成机的组元及比例应按原子扩散通量比优先生成,本文从动力学及热力学角度出发,提出了多组元扩散偶界面处的金属间化合物生成相原则：通量-能量原则;并以钛/镍/钢扩散接接头为例,证明钛/镍界面处金属间化合物相的生成规律为Ni/TiNi3/TiNi/Ti2Ni/Ti。提出,通量-能量能力相当的两种或多种金属间化合物有可能同时形核篚,接头界面处会形成混合的金属间化合物。