等离子喷涂La2Zr2O7热障涂层高温烧结的硬化行为

热障涂层在高温服役过程中发生烧结和硬化,是引发涂层开裂和剥离失效的主要因素,因此掌握涂层烧结规律是进行涂层设计制备、寿命预测和工艺优化的前提。 文中采用等离子喷涂技术制备 La₂ Zr₂ O₇热障涂层,在 1250 ℃ 条件下进行涂层高温热暴露试验,表征了涂层高温烧结过程中力学性能的变化规律,从孔隙结构的角度揭示了涂层高温烧结硬化机理。 研究结果表明,喷涂态 La₂ Zr₂ O₇ 涂层为典型的层状结构,硬度为(405±20) HV_0.3 ,高温热暴露后涂层呈现先快后慢的硬化趋势,热暴露 200 h 后涂层硬度提高了 80%。 涂层结构分析表明,涂层物相保持不变,但涂层孔隙率呈现出先快后慢的下降规律。 坐标轴变换处理后发现,硬度和孔隙率均呈现以 10 h 为临界的双阶段特性。 通过对涂层孔隙结构的高温准原位观察,发现涂层孔隙初期多点桥接超快愈合、后期以边界推进方式缓慢烧结的双阶段烧结现象, 从而揭示了 La₂ Zr₂ O₇ 热障涂层分阶段硬化的烧结机理,从而为发展抗烧结高性能热障涂层提供了新的理论依据。     

元素改性铝化物涂层研究进展

铝化物涂层在高温环境中服役时形成Al₂O₃膜,从而有效地提高了部件的抗高温氧化和耐热腐蚀性能,延长了部件服役寿命,因此其成为燃气轮机热端部件的重要热防护涂层。然而,单一铝化物涂层在服役时易出现富铝态的β-NiAl相向贫铝态的γ-Ni₃Al相的相变,使涂层中的Al含量降低,导致涂层难以持续形成致密Al₂O₃膜。对利用元素改性(如Si、Cr、Co、Pt、Pd和稀土)提高铝化物涂层的抗高温氧化和耐热腐蚀性能进行了概述,指出Pt元素能同时促进Al元素氧化成致密的Al₂O₃膜和提高氧化膜的抗剥落能力,对铝化物涂层的高温性能改性效果最好;基于单元素改性效果,发展了多种元素(二元和三元)共改性铝化物涂层,以Pt与阻碍涂层与基体间元素扩散的元素或抑制相变元素的共同改性能更有效提高铝化物涂层的性能;最后,未来改性铝化物涂层的发展趋势可能是Pt与稀土或其他元素更高元共改性(四元或五元)。     

Inconel 718高温合金表面铝化物涂层的制备及其形成机制

Inconel 718高温合金表面制备的铝化物涂层的组织结构及其形成机理,是提高该高温合金抗高温氧化和耐腐蚀性能的关键。采用化学气相沉积法在高温合金Inconel 718表面制备了铝化物涂层,通过结合使用材料热力学模拟软件JMatPro、X射线衍射仪、X射线能谱仪和扫描电子显微镜等表征手段,详细研究了铝化物涂层的微观组织结构。研究结果表明：在1 050 ℃温度条件下,经过1.5 h反应,Inconel 718表面生成了双层结构的铝化物涂层,其外层厚度为14.1 μm,主要由β-NiAl相组成,内层厚度为5.9 μm,由σ相和Laves相组成;外层的β-NiAl相形成是由Inconel 718高温合金中的Ni元素外扩散至表面后,与环境中的卤化铝反应而生成的;大量的Ni元素外扩散导致高温合金中的γ-Ni相减少,当高温合金中Ni元素的含量（原子分数）减少至49%时γ-Ni相中开始析出Laves相,当Ni元素的含量减少至40%时σ相也开始析出,当Ni元素的含量最终降至9%时Inconel 718高温合金完全转变成由σ相和Laves相组成的铝化物内层。研究结果深入揭示了涂层形成的机理,为优化铝化物涂层制备工艺提供了重要的理论基础。同时,对于Inconel 718高温合金的高温稳定性和腐蚀性能的提升具有实际应用价值。     

铝化物涂层的高温氧化和腐蚀机理研究进展

铝化物涂层被广泛应用于发动机热端部件(如涡轮叶片)的防护,然而在服役过程中,铝化物涂层极易发生高温氧化与热腐蚀,导致失效。针对铝化物涂层在高温环境中服役失效的问题,重点介绍了铝化物涂层的高温氧化与热腐蚀机理、影响铝化物涂层的高温氧化与热腐蚀的因素,以及包括添加Cr、Si、Pt、活性元素等改性元素和进行预氧化处理在内的提升铝化物涂层的抗氧化性与耐腐蚀性能的方法。最后,展望了铝化物涂层高温氧化与热腐蚀研究的未来。     

电子束辐照对尼龙66纤维结构和力学性能的影响

研究了室温空气条件下电子束辐照剂量(范围0~1000 k Gy)对尼龙66纤维结构和力学性能的影响。利用广角X射线衍射仪、差示扫描量热仪、扫描电镜以及YG065型织物强力仪等测试方法研究了不同辐照剂量尼龙66的特性黏数、晶型结构、取向度、结晶和熔融行为,以及表面形貌和力学性能。研究结果表明,在设置的辐照剂量范围内,随着剂量的增加,纤维原有的晶型结构不变,但是,伴随辐照诱导非晶区分子链的重排,纤维的结晶度提高,取向有所改善,而结晶和熔融温度向低温偏移,熔融峰出现宽化。说明辐照主要导致尼龙66分子链氧化降解,降低其热稳定性,在电子束的撞击下,纤维表面产生了微裂纹,增加了应力集中,破坏了纤维的力学性能。     

TC4钛合金表面冲蚀损伤机理的砂尘粒径依赖效应

在自主搭建气流喷射式冲蚀试验平台上,采用不同粒径的石英砂,对TC4钛合金进行冲蚀试验;利用电子天平、扫描电子显微镜和X-射线应力仪对试件表面冲蚀质量损失率、冲蚀区微观形貌及应力进行检测与分析。结果表明,TC4钛合金表面的冲蚀损伤机理显著依赖于砂尘粒径,并在400μm处发生机理转变。砂尘粒径小于400μm时,TC4钛合金表面冲蚀质量损失率小于0.4 mg/g,其表面损伤形式以犁削、切削、铲削以及点坑等塑性损伤为主;砂尘粒径大于400μm时,TC4钛合金表面在高应变率条件下发生表观韧脆转变,质量损失率突增至0.8 mg/g以上,损伤形式以解理破坏、脆性剥落为主。基于解理断裂的双判据模型,解释了砂尘粒径高于400μm时TC4钛合金表面发生的脆性剥落现象。     

SiCf/SiC表面环境障涂层的基体无损去除方法

应用于碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_f/SiC-CMC)表面的抗水氧腐蚀环境障涂层(EBC),在高速燃气冲刷等极端环境下长期服役后出现烧蚀、局部开裂或剥落等问题。为了循环再利用价格昂贵的CMC材料,亟待发展EBC修复技术,而去除原有EBC涂层是最重要和最基础的第一步。论文在研究EBC涂层的多层复杂结构及其力学行为基础上,基于EBC与基体的力学性能差异,提出了喷砂层剥的涂层去除方法。相比于化学腐蚀、高压水冲击、激光清洗等,该方法在确保基体无损方面具有明显的优势。利用自主研制的EBC去除装置,结合涂层去除前后的表面形貌分析,探究了去除工艺参数对涂层去除效果的影响规律,实现了涂层去除并明确了基体无损伤特征,讨论了涂层去除机理。无损CMC基体的EBC去除方法,为发展整套EBC维修再制造技术提供了基础支撑。     

防钛火金属/陶瓷阻隔层设计与制备方法

金属/陶瓷阻隔层不仅可用于防钛火可磨耗封严涂层起阻燃作用,还可用于航空发动机热部件的热障涂层.以航空发动机压气机防钛火涂层的应用为主要背景,对金属/陶瓷阻隔层体系结构设计、涂层材料以及制备方法进行了系统的阐述.在涂层材料层面,分别介绍了陶瓷层与金属粘结层的材料成分设计、性能特点及其合成方法.在涂层制备技术层面,主要阐述了等离子喷涂(PS)、电子束物理气相沉积(EB-PVD)以及新型的等离子物理气相沉积(PS-PVD)3种方法.最后,面向防钛火涂层的发展需求,提出了金属/陶瓷阻隔层未来在材料升级、工艺优化、性能表征以及涂层技术理论体系等方面的发展方向.     

热障涂层失效行为及长寿命设计研究现状

热障涂层可在航机/燃机热端部件表面起到隔热、保护基体的作用,在服役过程中除隔热性能外,服役寿命也是评价热障涂层性能的一个重要特征,影响热障涂层寿命的因素多且复杂.论文综述了导致热障涂层失效、影响涂层寿命的主要因素,包括粘结层表面热生长氧化物生长、陶瓷层高温热暴露后相变和烧结等,并进一步介绍了提高热障涂层寿命的涂层设计研究进展.从粘结层抗氧化、抗烧结陶瓷层、柱状结构陶瓷层、双陶瓷层四个方面,介绍了基于结构设计提高热障涂层寿命的方法.采用粘结层预氧化处理的方法提高粘结层的抗氧化性能,通过等隔热功能层级结构设计双陶瓷层结构涂层实现长寿命减厚设计,均有效地提高涂层的热循环寿命.     

等离子-物理气相沉积(PS-PVD)的材料输运行为与沉积机理研究进展EI北大核心CSCD

等离子-物理气相沉积(PS-PVD)具有制备层柱等多结构可控涂层的优异特性,但针对PS-PVD涂层结构调控的研究多局限于试错性试验,缺乏对涂层沉积与调控理论的研究,因此亟需对现有研究结果进行归纳、总结,以对PS-PVD沉积原理与涂层结构调控的进一步研究提供理论参考。针对PS-PVD所特有的涂层材料长距离输运、气液固多相态沉积过程,从涂层结构特征出发,综述PS-PVD沉积单元在经历喷枪内瞬时蒸发和喷枪外持续蒸发行为后,所进行的长距离输运行为与沉积行为的完整过程。此外,结合输运行为与沉积行为分析参数调控对沉积单元及涂层结构的影响规律,并对PS-PVD柱状结构涂层沉积机理的研究以及涂层制备技术的发展进行展望。