超低压等离子喷涂YSZ涂层显微组织结构研究

采用超低压等离子喷涂技术(Plasma Spray-Physical Vapor Deposition,PS-PVD)制备了YSZ涂层,对涂层的显微组织结构进行了分析,并对比了粘结层表面不同预处理对于YSZ涂层生长趋势的影响规律。研究结果表明:MCrAlY涂层致密,孔隙率为1.5%,结合强度达83.2MPa;YSZ涂层呈现明显的柱状晶结构。粘结层表面粗糙度对柱状晶生长方向影响较大,表面粗糙度越小,柱状晶生长方向越趋于一致,基本沿法向生长。在超低压状态下,涂层不存在"遮蔽效应",可实现异型面涂层制备。     

氢电极预烧温度对丝网印刷YSZ电解质薄膜的影响

采用丝网印刷法制备了Y2O3稳定ZrO2(YSZ)电解质薄膜,并对固体氧化物电解池(SOEC)的NiO-YSZ氢电极预烧温度进行了优化。结果表明,NiO-YSZ氢电极适宜的预烧温度为1 000℃,YSZ电解质薄膜化后制备的SOEC在800℃、850℃和900℃三种电解温度下,1.50V时的产氢速率分别为386mL/(cm2.h)、255mL/(cm2.h)和142mL/(cm2.h)。采用丝网印刷法将YSZ电解质薄膜化制备后可以有效降低电解池的欧姆阻抗。     

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。     

等离子喷涂涂层的研究进展

本文介绍了等离子喷涂涂层的微观结构,力学性能,涂层表面处理及物理性能等国内外最新的研究进展。     

衬底温度对STO/YSZ/GDC超晶格电解质的影响

以Al₂O₃作为单晶衬底,采用激光脉冲溅射技术(PLD)制备了四种不同衬底温度的STO/YSZ/GDC(SrTiO₃/8 mol%Y₂O₃∶ZrO₂/Ce_0.9Gd_0.1O_2-δ)超晶格电解质。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对薄膜生长特性进行表征,利用频阻抗/材料分析仪测试了STO/YSZ/GDC超晶格电解质的电学特性。结果表明,当衬底温度为750℃时,STO/YSZ/GDC超晶格电解质表面平整,晶粒排列紧密,薄膜整体结晶良好;STO、YSZ和GDC都沿(111)取向择优生长。随着衬底温度的提高,晶粒尺寸减小,克服的势垒降低,活化能变小,电导率增大。     

阳极微结构对等离子喷涂金属支撑SOFC的电池性能的影响研究

阳极微结构尤其是表面结构的调控对固体氧化物燃料电池(SOFC)的极化与性能具有显著的影响。大气等离子喷涂(APS)和高温烧结是金属支撑SOFC阳极功能层最常用的两种制备方法。本文采用APS和高温烧结两种制备方法,在相同的金属支撑体上沉积阳极功能层以获得具有不同阳极/电解质界面结构的SOFC。对两种阳极功能层的组织结构、表面粗糙度、比表面积和物相构成进行了研究。结果表明,两种方法制备的阳极组织形貌差别较大,高温烧结的阳极功能层表面具有良好的平整度,而APS制备的阳极功能层呈现出典型的层状结构,表面粗糙度和比表面积较大。从断面形貌中可以看出,高温烧结阳极电池的电解质功能层厚度均一,两种电池阳极与电解质功能层之间均结合紧密。两种电池的输出性能结果表明,APS阳极电池具有较高的输出性能和较低的电极极化阻抗。     

等离子喷涂钛酸锶镧/金属复合涂层组织结构及性能的研究

钛酸锶镧(LST)作为一种新型固体氧化物燃料电池(SOFC)连接体材料,其导电性能远低于金属连接体,且受制备条件影响显著。本研究分别将不同体积分数的Ni、Fe及SS430不锈钢粉末与LST混合,通过大气等离子喷涂技术制备了相应的复合连接体涂层,并系统研究了材料组合对其组织结构、导电性能及稳定性的影响。研究结果表明,LST/Ni复合连接体涂层随着金属体积分数的增大,其导电率显著提高,达到甚至远超过LST烧结块体的水平;同时,由于热膨胀匹配的问题,过高的Ni比例使得复合涂层在经受热循环后发生明显的纵向开裂,显著降低其气密性。由于Fe颗粒在喷涂过程中的严重氧化,LST/Fe复合连接体涂层的导电性能没有得到明显改善。10%体积分数SS430混合喷涂粉末制备的LST/SS430复合涂层,具有高电导率和热稳定性,满足高性能SOFC连接体的要求。     

悬浮液等离子喷涂沉积热障涂层研究进展

悬浮液等离子喷涂（SPS）采用液相送料的方式,解决了纳米级粉末在热喷涂过程中送料困难的问题,同时,可沉积具有纳米级或亚微米级的柱状晶或垂直裂纹等结构的涂层。本文综述了近些年SPS制备热障涂层的相关研究进展。对SPS的原理和工艺特点进行了介绍;阐述了SPS制备热障涂层典型微结构,包括垂直裂纹和柱状晶结构的沉积机理;探讨了悬浮液特性（包括固含量、粘度、表面张力）、喷涂工艺参数（包括喷枪类型、喷涂距离）、基材表面粗糙度等对SPS沉积涂层微结构、热物理性能、热循环性能等的影响。最后,对SPS未来的发展及研究趋势进行了展望。     

热处理对等离子喷涂Ni基非晶/晶态涂层性能的影响

应用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和差示扫描量热仪（DSC）研究了等离子喷涂NiCrBSi非晶／晶态复合涂层的微观组织及晶化行为，并探讨了热处理对涂层结合强度和显微硬度统计分布的影响。结果表明：喷涂态涂层为典型的层状结构，含有两类不同的层片。涂层中非晶相的晶化过程分两步进行，析晶温度范围分别为497～560℃和590～660℃。在200～400℃热处理1h，涂层与基底结合强度提高，400℃时达最大值47．3±4．7MPa；500～700℃热处理1h，结合强度变差，随温度升高而下降。喷涂态和200～400℃热处理涂层的显微硬度Weibull分布为双模态分布，揭示了层片的双态性；由于非晶相析晶，涂层500～700℃热处理后变为单模态分布。综合分析热处理对结合强度和显微硬度的影响程度表明，500℃热处理1h，涂层的综合性能较优。     

溶液前驱体等离子喷涂热障涂层结构研究

以锆盐和钇盐水溶液为原料,采用常规等离子喷涂工艺和超音速等离子喷涂工艺制备出了均有垂直裂纹结构的SPPS热障涂层,利用扫描电镜(SEM)、显微硬度计和实验电阻炉,研究了SPPS涂层的微观结构、显微硬度及其高温热循环性能。结果表明:相比于常规等离子喷涂,超音速等离子喷涂工艺具有更高的能量和粒子飞行速度,在相同送料速率下,喷涂距离为50mm时SPPS涂层沉积速率为前者在喷涂距离为30mm时的2.3倍,SPPS涂层沉积致密度和显微硬度也高于前者,喷涂距离对SPPS涂层微观结构影响也相对较小,采用超声速等离子喷涂可在更大工艺范围内制备出性能较好的SPPS涂层。采用常规等离子喷涂工艺和超音速等离子喷涂工艺制备的SPPS涂层分别在1100℃下热循环1270h和970h后涂层完整。     

一种等离子喷涂Al/BN封严涂层

通过进行Al/BN面层粉末、NiAlW合金底层粉末喷涂工艺试验,确定了Al/BN及NiAlW粉末的化学成分和粒度分布,使其适合大气等离子喷涂的工艺要求,并制备出Al/BN可磨耗封严涂层。该涂层结合强度和布氏硬度适中,450℃耐热震性能良好,且在300小时以内组织稳定。销盘摩擦磨损试验结果表明,在室温下,涂层刮削性好,没有对GH2150变形高温合金摩擦销造成明显损伤;在450℃下,未对ВТ18У钛合金和GH2150摩擦销合金造成明显的磨损损伤,但其耐磨损性能有所下降。     

大气和真空等离子喷涂钨涂层比较研究

应用大气和真空等离子喷涂技术制备钨涂层,对涂层形貌、氧含量、热导率、结合强度以及抗热冲击性能进行比较研究。研究结果表明,大气喷涂W涂层存在明显的氧化现象,而真空喷涂W涂层几乎没有发生氧化。与大气喷涂W涂层相比,真空喷涂W涂层具有更为致密的显微结构和较少的氧化物杂质,从而具有较高的热导率,与基体的结合也更加良好。通过高能电子束辐照实验,对涂层的抗热冲击性能进行考察,结果表明真空等离子喷涂W涂层具有较好的抗热冲击性能。     

新型铝硅氮化硼复合涂层材料及可磨耗封严涂层的制备和性能研究

本文以铝硅合金粉和六方氮化硼为原材料,添加粘结剂,采用机械包覆工艺制备了铝硅氮化硼复合粉末;采用大气等离子喷涂工艺制备了可磨耗封严涂层,并对涂层的显微组织、表面硬度、结合强度和抗热震性能进行了研究.研究表明,该复合粉末材料具有良好的喷涂工艺适应性,能有效避免氮化硼组分在喷涂过程中的烧损,喷涂后涂层的各项性能良好,可以满足发动机对工作温度≤450℃的封严涂层的使用要求.     

Ni60A等离子喷涂层的组织结构及其摩擦磨损特性

研究了Ｎｉ６０Ａ等离子喷涂层的组织结构及其摩擦磨损特性：涂层呈片层状的堆积状态,片层内为镍基固溶体及弥散分布其上的尺寸较大的Ｃｒ７Ｃ３、Ｃｒ２３Ｃ６ 及尺寸较小的Ｎｉ３Ｂ颗粒;涂层的平均硬度约ＨＶ６８３;涂层的磨损机制是剥层磨损和磨料磨损。     

致密化工艺对氧化钛粉末及等离子喷涂涂层性能影响研究

采用喷雾干燥法制备了一种球形氧化钛团聚粉末, 并通过高温烧结及感应等离子球化工艺对团聚粉末进行 致密化处理。 利用扫描电子显微镜 (SEM)、 霍尔流速计和粉末颗粒强度仪对粉末性能进行了表征, 研究了不同致 密化处理工艺对粉末颗粒强度、 松装密度及流动性的影响。 采用大气等离子喷涂 (APS) 工艺制备了氧化钛涂层, 并对涂层的微观组织进行研究。 研究结果表明, 高温烧结工艺及等离子球化工艺均可有效提升氧化钛团聚粉末 的致密度, 经过高温烧结工艺后氧化钛粉末内部的细小颗粒呈现烧结熔融的趋势, 而采用等离子球化处理后的 团聚粉末直接形成了致密球体结构。 相比于高温烧结工艺, 等离子球化工艺对氧化钛粉末的致密化效应更为明 显, 粉末的颗粒强度可达 187.86 MPa, 松装密度可由 0.79 g/cm3 提升至 1.69 g/cm3, 流动性由 163.22 s/50g 加快 至 100.27 s/50g。 该粉末经过大气等离子喷涂沉积形成的氧化钛涂层孔隙率为 2.8 %, 与未经致密化工艺处理的氧 化钛团聚粉末相比, 制备的涂层致密化水平有了较大程度的提升, 涂层的平均显微硬度值由 434.18 HV0.3 提升至 744.37 HV0.3, 涂层的结合强度均值由 11.07 MPa 提升至 29.93 MPa。     

超音速等离子喷涂氧化铝涂层组织性能研究

采用超音速等离子喷涂工艺制备了氧化铝涂层。利用扫描电镜和纳米测试仪研究了电弧功率及喷涂距离对氧化铝涂层的微观组织与性能的影响。试验结果表明:功率为60kW,喷涂距离为100mm时涂层的孔隙率最低,微观硬度和弹性模量最高;氧化铝涂层的微观硬度和弹性模量主要受涂层中的孔隙和微裂纹的影响,两者随电弧功率与喷涂距离的增大均呈现先增后减的相同趋势。     

等离子喷涂Ni3Al-Cr7C3涂层的滑动磨损性能

利用Ni3Al具有反常高温屈服强度的特性,采用真空雾化工艺制备了不同C含量的Ni3Al-Cr7C3金属陶瓷复合粉末,采用大气等离子喷涂(APS)制备出原位自生Cr7C3相的新型Ni3Al-Cr7C3涂层,并对粉末、涂层的物相组成、显微组织及摩擦磨损性能进行了研究.结果表明:研制的粉末主要由Ni3Al相和弥散分布的条状的...     

等离子喷涂WC-12Co涂层制备及耐磨耐蚀性研究

采用等离子喷涂方法,在不同送粉量和喷涂距离下制备WC-12Co涂层,研究了喷涂工艺参数变化对涂层显微结构、结合强度、表面硬度及耐磨耐蚀性能的影响.利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）测试分析了涂层的形貌和成分;利用显微硬度计测定了涂层的显微硬度;利用万能试验机测定了涂层的抗拉强度;利用高速环块磨损实验机测试了涂层的耐磨性能;利用CHI660D电化学工作站和三电极体系测试了涂层的电化学性能.结果表明,喷涂过程中送粉量和喷涂距离的改变对WC-12Co涂层的结合强度和硬度影响显著,喷涂过程中有新相产生,合理喷涂工艺参数的优选可使涂层的抗拉强度和表面硬度显著提高,涂层孔隙分布均匀,耐磨耐蚀性能良好.