粉末合成工艺及特性对铈酸镧热障涂层性能影响

分别使用固相合成和化学合成工艺制备了铈酸镧(La2Ce2O7,LCO)材料,采用喷雾干燥造粒方法制备了喷涂粉末,采用等离子喷涂工艺制备了LCO/7YSZ双层结构热障涂层,系统对比研究了粉末材料及涂层的性能.分析发现,化学合成的超细LCO材料所形成的陶瓷涂层,可有效地减少涂层中横向微裂纹的生成,同时会明显提高热障涂层的弯折性能、结合强度和热震寿命.     

Mo基体上锆酸镧热障涂层的研究

利用自行研制的La1.4Nd0.6Zr2O7(LNZ)喷涂粉末,采用大气等离子喷涂在Mo基体上制备LNZ热障涂层.测试粉末的各项热物理性能,考核涂层的抗热震性能和高温隔热性能,并与常规氧化钇稳定氧化锆(YSZ)涂层进行比较.结果表明,与YSZ相比,LNZ由于具有热膨胀系数小、导热系数低、烧结速率低等特点而更适合在Mo基体作为热障涂层使用.     

CeO_2-Y_2O_3-ZrO_2热障涂层的组织结构及隔热性能

为获得孔隙率高、隔热性能好的热障涂层CeO2-Y2O3-ZrO2(CYSZ),采用低温超音速火焰喷涂(LT-HVOF)和大气等离子喷涂(APS)工艺在K4169镍基高温合金表面分别沉积NiCoCrAlYTa粘结层和CeO2、Y2O3共同稳定的ZrO2空心粉CYSZ陶瓷层。通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对不同喷涂电流(500,600和700A)制备的CYSZ热障涂层和采用传统Y2O3稳定的ZrO2团聚粉7YSZ为陶瓷面层的热障涂层的组织结构进行观察分析,并测定其隔热性能。结果表明:与传统的7YSZ类似,CYSZ涂层主要组成相为四方t相,涂层呈典型层状结构,但相对于7YSZ,空心粉CYSZ涂层存在更多孔隙和微裂纹;在1 150℃时,随着喷涂电流的增大,隔热性能呈降低趋势,CYSZ涂层隔热性能比传统7YSZ涂层隔热性能好。     

普通与纳米ZrO2涂层性能对比研究

以纳米ZrO2-8wt%Y2O3,粉末(YSZ)和普通微米氧化锆粉末为原料,采用等离子喷涂工艺制备了厚度为0.8mm的纳米结构氧化锆和普通氧化锆两种热障涂层,并对涂层的结构和性能进行了研究,结果表明:在该厚度下,纳米结构涂层的结合强度低于普通涂层,而其隔热性能优于普通涂层,且热流密度越大越明显.     

8YSZ制粉工艺对热障涂层性能的影响

主要研究了喷雾干燥、等离子球化(中空粉)和熔炼破碎法制备的8%Y2O3-ZrO2(8YSZ)粉末的特性及采用等离子喷涂工艺获得的对应涂层的性能.分析发现,粉末的特性与涂层性能有密切关系,其中,采用熔炼破碎法制备8YSZ粉末所获得的等离子喷涂涂层具有孔隙率低、热导率较高的特点;而采用喷雾干燥法制备8YSZ粉末所获得的等离子涂层常温下的热导率最低,仅为0.96 W/(m·K).     

不同结构等离子喷涂热障涂层的性能研究

通过等离子喷涂,制备了常规层状结构、垂直裂纹结构的氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ)和铈酸镧(LCO)热障涂层,分析了涂层的微观形貌及性能。结果表明:对于YSZ涂层,垂直裂纹结构的结合强度是层状结构的1.8倍;LCO涂层的微观结构对喷涂工艺比较敏感,适当降低喷涂功率有助于提高扁平化粒子间的结合,缓解涂层中横向裂纹的产生,促进垂直裂纹形成;与层状结构的LCO/YSZ双层涂层相比,垂直裂纹结构的LCO/YSZ双层涂层的结合强度和抗热震性能未明显提高。     

热喷涂纳米结构La_2Zr_2O_7(LZ)/8YSZ双陶瓷热障涂层

为了满足发动机以及涡轮机越来越高的性能要求,双陶瓷热障涂层逐渐取代单陶瓷层的8YSZ涂层,成为可以长期使用温度高于1 200℃的新型陶瓷涂层。采用等离子喷涂方法制备了La2Zr2O7(LZ)/8YSZ双陶瓷热障涂层,并同时制备了微米结构和纳米结构的单层8YSZ陶瓷涂层作为对比。通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究了粉体喂料和涂层的组织结构。采用对偶拉伸试验法、水淬方法和日本工业标准等研究了涂层的结合强度、隔热效果、热震行为以及高温抗氧化行为。结果表明,与单层的8YSZ陶瓷层相比,双陶瓷型n-LZ/8YSZ涂层的隔热效果提高了35%,热震次数增加了一倍,热氧化失效时间延长了100多小时,具有较佳的隔热效果、抗热震性能以及抗高温氧化性能。     

Ba(Mg_(1/3)Ta_(2/3))O_3热障涂层的制备及抗热震性能

以Ba CO_3、Mg O、Ta_2O_5为原料,采用固相反应法合成了Ba(Mg_(1/3)Ta_(2/3))O_3(BMT)陶瓷粉末,利用大气等离子喷涂技术制备了BMT/YSZ(氧化钇部分稳定氧化锆)双层陶瓷涂层。利用XRD、SEM和金相显微镜检测了BMT粉体及涂层的物相组成和显微结构。采用水淬法考核了涂层的抗热震性能。结果表明:1450℃下煅烧4 h可合成出具有复合钙钛矿结构的BMT粉末,粉末具有良好的高温相结构稳定性。等离子喷涂制备的BMT/YSZ涂层组织致密,涂层系统中各界面结合紧密。涂层在室温至1150℃间热震9次后发生片状剥落,剥落位置位于BMT层内。BMT材料低的断裂韧性和第二相Ba_3Ta_5O_(15)的存在是导致涂层失效的主要原因。     

高温热循环对不同结构YSZ涂层隔热性能的影响

研究了高温热循环对不同结构YSZ涂层隔热性能的影响。结果表明:相对于亚微米YSZ涂层的细密柱晶结构,纳米YSZ涂层内有明显的层状结构和未熔颗粒存在,这利于降低涂层的热导率和提高涂层的隔热性能。在1100℃时,喷涂态的纳米涂层的热导率低于亚微米涂层,其中,SAPS(超音速等离子喷涂)的纳米涂层的热导率最低(1.41W·m~(-1)·K~(-1))。经过7次热循环后,APS(大气等离子喷涂)微米涂层的热导率升至最高(4.91 W·m-1·K-1),而SAPS(超音速等离子喷涂)的纳米涂涂层热导率则降低至0.92 W·m~(-1)·K~(-1)。热循环初期,APS涂层隔热效果均高于SAPS涂层;热循环过程中,SAPS涂层的隔热温度升高,而APS涂层的隔热温度则下降。涂层的热导率与隔热变化趋势保持一致。     

锆酸镧热障涂层的热震性能研究

利用多功能微弧等离子喷涂设备在1Cr18Ni9钢基体上制备La2Zr2O、ZrO2热障涂层。研究了La2Zr2O7和ZrO2涂层在高温实验条件下的热震性能,并进行了比较。结果表明,在900℃室温水淬的实验条件下,La2Zr2O7热障涂层的热震性能较ZrO2涂层要好;在1000、1100℃下二者的热震性能相差不大。     

Thermo-Physical Properties and Thermal Shock Resistance of Segmented La2Ce2O7/YSZ Thermal Barrier Coatings

La₂Ce₂O₇ (LCO)/yttria-stabilized zirconia (YSZ) thermal barrier coating (TBC) with segmentation crack structure was produced by atmospheric plasma spraying. Thermo-physical properties, such as thermal diffusivities and thermal conductivities, and thermal cycling performance of the segmented LCO/YSZ TBC were investigated. The thermal conductivity of the segmented coating was measured to be around 1.02 W/mK at 1200 °C, relatively lower than that of the non-segmented coating, respectively. The segmented LCO/YSZ TBC exhibited a thermal cycling lifetime of around 2100 cycles, improving the durability by nearly 50% as compared to the non-segmented TBC. The failure of the segmented coating occurred by chipping spallation and delamination cracking within the coating.     

La2Ce2O7/YSZ热障涂层抗热震性能的陶瓷层厚度影响研究

采用实验和数值方法研究了陶瓷层厚度比对La2Ce2O7/YSZ(LC/YSZ)热障涂层热震性能的影响。实验结果表明,随着LC与YSZ厚度比的降低,涂层热震寿命显著提高,涂层失效区域逐渐向试样中心转移,剥离位置逐渐从两陶瓷层界面附近转移到LC内靠近上表面处。数值结果表明,界面边缘处较大的轴向应力与剪切应力易导致较大厚度比涂层边缘处剥落;LC表面中心区域较大的径向拉应力会导致垂直裂纹萌生,并伴随界面偏折,这是较小厚度比涂层自LC内部剥离的原因。     

Influence of characteristics of stabilized zirconia electrolyte on performance of cermet supported tubular SOFCs

Ni-Al2O3 cermet supported tubular SOFC was fabricated by thermal spraying. Flame-sprayed Al2O3-Ni cermet coating plays dual roles of a support tube and an anode current collector. 4.5mol.% yttria-stabilized zirconia (YSZ) and 10mol.% scandia-stabilized zirconia (ScSZ) coatings were deposited by atmospheric plasma spraying (APS) as the electrolyte in present study. The electrical conductivity of electrolyte was measured using DC method. The post treatment was employed using nitrate solution infiltration to densify APS electrolyte layer for improvement of gas permeability. The electrical conductivity of electrolyte and the performance of single cell were investigated to optimize SOFC performance. The electrical conductivity of the as-sprayed YSZ and ScSZ coating is about 0.03 and 0.07 S·cm-1 at 1000 ℃, respectively. The ohmic polarization significantly influences the performance of SOFC. The maximum output power density at 1000 ℃ increases from 0.47 to 0.76 W·cm-2 as the YSZ electrolyte thickness reduces from 100 μm to 40 μm. Using APS ScSZ coating of about 40 μm as the electrolyte, the test cell presents a maximum power output density of over 0.89 W·m-2 at 1000 ℃.     

SiC-Al2O3复合陶瓷涂层抗熔融贫煤侵蚀特性研究

采用浆料法制备SiC-A12O3复合陶瓷涂层,并添加少许ZrO2微粉.分别在1 300,1 400℃的高温炉中煅烧8h,研究了含灰分较大的贫煤在熔融状态下对涂层的侵蚀特性.采用SEM和EDS观察了煅烧后灰渣在涂层上的形貌,并对结焦的渣样进行了分析.实验结果表明:在1 300℃下煅烧后,含灰分较多的贫煤对SiC-Al2O...     

稀土掺杂Gd2 O3对YSZ/（Ni，Al）热障涂层组织与性能的影响

目的提高YSZ/(Ni,Al)复合涂层与基体的结合强度和抗高温氧化性。方法采用电泳沉积的方法,在Inconel 600高温合金表面上沉积YSZ/(Ni,Al)复合涂层和掺杂稀土Gd2O3-YSZ/(Ni,Al)(简称G-YSZ/(Al,Ni))复合涂层,后进行真空烧结,然后对制备好的热障复合涂层进行划痕实验和等温循环氧化实验。通过对样品进行等温循环氧化实验,获取不同氧化时间段的复合涂层样品,并采用SEM和XRD对复合涂层组织和形貌进行分析。结果在1100℃等温氧化过程中,未掺杂稀土元素的氧化增重速率为0.0057 mg/mm2,而掺杂钆元素的氧化速率为0.0049 mg/mm2,氧化增重速率比未掺杂稀土YSZ/(Ni,Al)复合涂层的低。G-YSZ/(Ni,Al)热障复合涂层在等温氧化过程中颗粒长大较小、裂纹少、表面更加致密。真空烧结后的YSZ/(Al,Ni)复合涂层和G-YSZ/(Al,Ni)复合涂层与基体的结合强度约为4.0 N,氧化100 h后,掺杂稀土的G-YSZ/(Al,Ni)复合涂层结合强度为3.5 N,未掺杂稀土的YSZ/(Al,Ni)复合涂层与基体的结合强度为2.6 N。G-YSZ/(Ni,Al)热障复合涂层中存在Gd2Zr2O7相和稳定的Ni Al2O4相,Gd2Zr2O7相具有良好的稳定性以及耐高温氧化。结论掺杂稀土氧化钆的G-YSZ/(Al,Ni)涂层的抗高温氧化性能显著提高。在等温氧化过程中,掺杂稀土元素的G-YSZ/(Al,Ni)复合涂层,其颗粒趋向于均匀化,裂纹明显变少,使得涂层更加致密,表面更加平整。等温氧化100 h后,掺杂了稀土氧化钆的G-YSZ/(Al,Ni)复合涂层基体之间具有更好的结合力,抗剥落性和服役寿命较好。     

Gd2 O3 -Yb2 O3 -Y2 O3 -ZrO2 热障涂层材料的热物理性能

目的通过多元稀土氧化物掺杂改性YSZ,提高传统热障涂层的性能。方法使用化学共沉淀法制备不同掺杂量的Gd2O3-Yb2O3-Y2O3-Zr O2(GYYZO)材料,并分别使用冷等静压-烧结和等离子喷涂工艺制备块材和涂层。通过测试块材的热导率和热膨胀系数,分析评价材料的热物理性能。对高温退火处理后的涂层进行X射线衍射分析,评价不同成分涂层的高温相稳定性。结果氧化锆基材料的热导率和热膨胀系数随总掺杂量升高而降低。氧化锆中稀土氧化物总掺杂量为5.5%~9.84%(摩尔分数)时,在1000℃下的热导率为1.25~1.56 W/(m·K),相对8YSZ材料下降了22%~37.5%;在200~1300℃的热膨胀系数为(10~11.1)×10-6/K,与传统8YSZ材料相当。在1400℃长时间退火处理后,低掺杂量GYYZO涂层中的单斜相含量明显低于8YSZ涂层。结论多元稀土氧化物掺杂改性氧化锆材料具有良好的高温相稳定性、低热导率和适当的热膨胀系数,可以作为高性能热障涂层的备选材料。     

La2O3改性ZrB2-SiC涂层C/C复合材料全温域抗氧化行为研究

采用高温反应熔渗工艺制备了ZrB2-SiC和La2O3改性ZrB2-SiC涂层C/C复合材料,对比了2种涂层试样在中温(7001100℃)、高温(12001500℃)和超高温(2000℃以上)3个温域范围内的抗氧化性能。结果表明:7001100℃范围内,随着温度的升高,La2O3改性涂层试样的抗氧化性能提升幅度在逐渐提高。1200℃1500℃范围内,涂层均表现出良好的长时抗氧化性能,La2O3改性ZrB2-SiC在1200℃下恒温氧化250 h后,仍保持微量的增重;涂层复合材料良好的高温抗氧化性能主要其在是由于氧化过程中涂层表面形成的La-Si-O复合玻璃层和钉扎相ZrSiO4的协同作用提升了氧化膜的高温稳定性。在2000℃以上的氧乙炔火焰烧蚀环境下,La2O3的添加使得ZrB2-SiC涂层的质量烧蚀率和线烧蚀率均降低了近50%,其主要归因于表层La-Si-O和ZrO2玻璃层对烧蚀缺陷的愈合作用。     

32Cr2MoV钢表面电泳沉积氧化铝和氧化锆涂层*

采用电泳沉积法以硝酸铝和硝酸钇为溶胶原料,在溶胶制备过程中加入钇稳氧化锆(YSZ),然后利用电泳沉积和热压滤烧结相结合方法在32Cr2MoV钢表面制备氧化铝和氧化锆涂层。用扫描电子显微镜(SEM)对涂层表面及界面形貌进行观察,利用X射线衍射仪(XRD)对涂层物相组成进行分析,采用热循环氧化试验研究涂层对基体在900℃空气中高温氧化行为的影响。结果表明,利用电泳沉积法在32Cr2MoV钢表面制备了一层致密陶瓷涂层,经热压滤烧结后涂层由表层α-Al2O3和ZrO2、次表层Fe的氧化物以及靠近基体的Fe、Mo、Cr氧化物层组成,经900℃热循环氧化试验表明,陶瓷复合涂层对基体32Cr2MoV钢起到了一定的抗氧化保护作用。