热处理对ZrO2纳米粉末粒度和结构的影响

以氯氧锆,脲和氨水为原料,用化学沉淀法制作先驱体,然后热处理米制作纳米氧化锆粉末。所得到的沉淀物为非晶态,其差热分析结果显示,在３００℃热处理即可得无定型氧化锆粉末粒度和该粉末在４５０℃则完全晶化为亚稳四方氧化锆相。同时,Ｘ射线衍射显示,在６００℃以下热处理１ｈ所得的氧化锆粉末为亚稳四方相,到７００℃时开始出现稳定的单斜相,并且单斜相的含量随保温时间的延长而增加。用此方法制得的粉末为纳米相,粒径随     

炭/炭复合材料ZrC涂层的制备及显微组织结构

通过冷态输送ZrCl4粉末,利用低压化学气相沉积法在C/C复合材料表面制备ZrC涂层。采用X射线衍射和扫描电镜研究沉积温度和沉积位置对ZrC涂层物相成分和微观形貌的影响。结果表明:在1 400~1 600℃时,沉积涂层物相均为单一的ZrC。ZrC晶粒择优取向随沉积温度的升高而发生变化;在1 400和1 500℃时,ZrC晶粒择优取向面为(200);1 600℃时,晶粒择优取向面转变为(220)和(200),且择优不明显;随着沉积温度的进一步升高,涂层晶粒尺寸明显增大,涂层表面ZrC颗粒由球形逐渐转变为金字塔形多面体。在1 400~1 600℃沉积时,反应器的100~230mm沉积区间内可以得到成分单一、择优取向一致、表面形貌相同的ZrC涂层。     

阳极氧化法制备氧化锆纳米管阵列的研究

采用阳极氧化法分别在1 mol/L(NH4)2SO4+0.5%NH4F(质量分数,下同)的无机水溶液(电压20 V,氧化时间3 h)和甲酰胺+甘油(体积比1:1)+1%NH4F的有机溶液(电压50 V,氧化时间24 h)中制各高度有序的氧化锆纳米管阵列,并用SEM和TEM对其形貌进行表征.在无机溶液中形成的纳米管长度19μm,直径40 nm,有机溶液中形成的纳米管高度有序,长度110 μm,直径200 nm.XRD衍射谱表明在无机溶液中形成的氧化锆纳米管为正交晶型.在有机溶液中形成的氧化锆纳米管为非晶结构,在400℃退火3 h后转换为单斜相和四方相的混合相,在800℃退火后全部转换为单斜相.     

等离子喷涂及真空热处理过程中MoSi2涂层的相演变

分别采用MoSi2Mo-66.7%Si和Mo-70%Si(摩尔分数)粉末为原料,在45钢上大气等离子喷涂MoSi2涂层,对喷涂前后相以及真空热处理对涂层相和组织的影响进行了研究.结果表明,以MoSi2为原料喷涂后,涂层主要是由MoSi2和Mo5Si3相组成,MoSi2由亚稳定的MoSi2(h)六方结构和稳定的MoSi2(t)四方晶体结构组成.而Mo-66.7%Si和Mo-70%Si两种粉末喷涂后,涂层均由Mo,Si单质粉组成,喷涂过程没有形成硅化物.Mo-66.7%Si涂层在1 050,1 200℃热处理1 h后,涂层中主相是Mo5Si3,次相为MoSi2.Mo-70%Si涂层在800,1 000 ℃热处理30 min后,生成了少量的MoSi2,Mo5Si3和Mo3Si.在1 050 ℃热处理时,随着时间的延长,MoSi2相含量相对增多,当热处理时间为30,45 min时,由于Mo,Si和Fe之间的反应扩散,还生成了FeMoSi和Fe3Si相.     

溅射沉积Cu-Mo薄膜的结构和性能

用磁控溅射法制备含钼2.19%～35.15%(摩尔分数)的Cu-Mo合金薄膜,运用能谱仪(EDX)、X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、显微硬度仪和电阻计对薄膜成分、结构和性能进行研究.结果表明Mo添加使Cu-Mo薄膜晶粒显著细化,Cu-Mo膜呈纳米晶结构,存在Mo在Cu中的FCCCu(Mo)非平衡亚稳过饱和固溶体;随Mo含量的增加,Mo固溶度逐渐增加,而薄膜微晶体尺寸则逐渐减小,Mo的最大固溶度为30.6%.与纯Cu膜对比表明,Cu-Mo膜的显微硬度和电阻率随Mo含量的上升而持续增加.经200、400和650℃热处理1h后,Cu-Mo膜的显微硬度和电阻率均降低,降幅与热处理温度呈正相关;经650℃退火后,Cu-Mo膜基体相晶粒长大,并出现亚微米-微米级富Cu第二相.在Cu-Mo膜的XRD谱中观察到Mo(110)特征峰,Cu-Mo薄膜结构和性能形成及演变的主要原因是添加Mo引起的晶粒细化效应以及热处理中基体相晶粒的生长.     

大气等离子喷涂的YSZ纳米热障涂层的微观结构

采用YSZ(8％Y2O3-Zr02，质量分数)纳米粉末，经大气等离子喷涂(APS)方法制备得YSZ纳米热降涂层(TBC)．喷涂前的粉末额粒直径为30—50nm，晶粒尺寸约12nm．对涂层的分析结果表明：YSZ纳米涂层平均晶粒尺寸在20—30nm，有个别粗晶直径达200—300nm．涂层由立方相c—ZrO2和四方相t′—ZrO2组成，t′相内存在畴结构．涂层内孔洞细小弥散，多呈闭合式．TEM下可见位错缠结和富层错的板条带结构．     

铝合金化学镀Ni-P、Ni-W-P组织及相转变行为

采用差示扫描热分析仪(DSC)、X射线衍射(XRD)等研究了6061铝合金基体化学镀Ni-P、Ni-W-P合金的组织结构及相转变行为。结果表明,镀态Ni-P、Ni-W-P镀层的结构都是微晶结构；200℃热处理1h后,Ni-P、Ni-W-P镀层仍为微晶,但微晶有所长大；300、400、525和600℃热处理1h后,Ni-P、Ni-W-P镀层析出Ni_3P和Ni晶体,没有其它亚稳相析出；400℃时Ni-P、Ni-W-P镀层硬度达到峰值,其值分别为840HV100和940HV100。     

热处理温度对含纳米Si C的快冷镁合金固溶组织影响

采用铜模喷铸与等温热处理相结合,制备出纳米SiC参与下快冷镁合金细晶组织,研究热处理温度对非平衡凝固镁合金固溶组织转变的影响及其高温晶粒长大行为。结果表明:提高冷速与添加纳米SiC可实现镁合金的复合细化,有利于形成细小花瓣状组织。经320、370和400℃等温处理2 h后,快冷AZ91+2%纳米SiC合金从不完全固溶向完全固溶发生转变,溶质偏析程度降低,同时,晶界β-Mg_(17)Al_(12)相不断消失,最终获得多边形等轴晶组织。由于纳米SiC对晶界迁移起到良好的抑制作用,亚稳细晶组织的高温晶粒长大行为得到有效控制,其中经400℃固溶8 h后的平均晶粒尺寸仅为13μm,快冷合金的热稳定性得到显著提高。     

不同热处理TiN/Ti多层涂层冲蚀损伤特征与机理

目的 通过研究分析不同热处理TiN/Ti多层涂层在冲蚀作用下的损伤特征,揭示不同热处理TiN/Ti多层涂层冲蚀损伤的机理。方法 采用磁过滤阴极真空弧沉积技术在TC4钛合金表面制备TiN/Ti多层涂层,利用热处理炉对试样进行不同的热处理(300℃/40 min,空冷;400℃/40 min,空冷;300℃/40 min,空冷+300℃/40 min,空冷),采用划痕仪、显微硬度计、扫描电镜、能谱仪等设备对热处理试样涂层的结合力、显微硬度、涂层损伤形貌特征、元素分布等进行表征,并在冲蚀试验平台上通过砂尘冲蚀性能试验(速度130m/s,角度45°)进行验证。结果 TiN/Ti多层涂层在低温(≤400℃)下经短时间热处理后,涂层的物相未发生变化,仍以TiN(111)、TiN(200)、TiN(220)和TiN(311)为主,涂层结构完整,最外层的TiN涂层没有发生氧化现象,涂层结合力基本未发生改变,显微硬度略有下降,由2 764.1HV分别降至2748.9HV、2 493.2HV、2 255.2HV。TiN/Ti多层涂层的抗冲蚀性能变化不大,冲蚀速率由0.117 mg/min分别变为0.100...     

纳米ZrO2-8％Y2O3粉末的相转变及晶粒生长动力学

采用共沉淀法制备纳米ZrO2-8％Y2O3(质量分数)粉末,然后将其在大气中于1 100～1 300℃范围内高温煅烧处理2～32 h.利用XRD、SEM、TEM等方法研究纳米ZrO2-8％Y2O3粉末高温煅烧前后的相成分、形貌和晶粒粒径变化,并分析纳米ZrO2-8％Y2O3粉末的晶粒生长动力学及生长机制.结果表明:纳米ZrO2-8％Y2O3经高温煅烧后,单斜相和四方相含量随温度的升高和时间的延长而减少,立方相含量随温度的升高和时间的延长而增加;随温度的升高和时间的延长晶粒粒径逐渐增大;在1 250℃等温煅烧时,其晶粒生长指数为6,晶粒生长速率常数为7.626×1011 nm3/min:等温锻烧温度低于1 200℃时,晶粒生长活化能为64.35 kJ/mol,晶粒生长表现为以表面扩散为主的聚合生长;等温锻烧温度高于1 200℃时,晶粒生长活化能为1 16.40 kJ/mol,晶粒生长表现为以晶格扩散为主的聚合生长;另外,还可见晶粒旋转驱动的聚合生长机制;低的晶粒生长激活能归因于大量氧空位的引入和晶粒旋转驱动的聚合生长机制.     

热循环下梯度热障涂层热氧化物生长的应力分析

建立了一种预测多层复合梯度热障涂层热应力的理论模型,并通过有限元方法分析了梯度涂层分布指数n、热循环过程中热氧化物的生长对涂层热应力大小及分布的影响。结果表明,通过控制梯度涂层的成分分布指数可以显著降低热应力和改善应力分布。当n=1时,涂层热应力较小且变化平缓,结合性能优异。与双层非梯度涂层的热应力对比可知,功能梯度涂层能显著地缓和涂层系统的热应力和消除应力集中。另外,热循环过程中梯度热障涂层与基体界面附近生长的热氧化物急剧地提升了界面附近的热应力,复杂而又集中的热应力对梯度涂层有很大的破坏。同时采用了一种方法来抑制热氧化物的生长,结果显示该方法能较好地优化涂层的热应力和改善涂层质量。     

Microstructure and Thermal Behavior of Thermal Barrier Coatings

Yttria stabilized zirconia thick coatings were thermally sprayed from two different feedstock powders. Coating characteristics such as density, crystalline phase composition, and microstructure were evaluated. The thermal expansion coefficient and thermal diffusivity were measured as a function of temperature up to 800 °C and analyzed in terms of the microstructural features. The ability of available models to relate the measured thermal properties to the microstructural features as characterized by readily available methods was assessed. The importance of pore shape and orientation on the thermal conductivity was evidenced. The thermal contact resistance between the substrate and the coating in these samples was estimated from the thermal diffusivity data, and found to change during cooling from 800 °C.     

绝热材料的显微结构及绝热性能

着重分析了材料的显微结构对材料导热系数的影响:高孔隙率减弱固相传热作用从而使材料的导热系数减小,但是,高孔隙的也增大辐射传热作用.适当降低孔隙可减少辐射传热作用,这在高温时特别明显.尺寸<1 mm的孔隙中对流传热被制止,不再对传热起作用.在保持孔隙总量不变的前提下减小孔径可使孔隙数量增大,从而减小导热系数.小于100 nm的孔隙可以消除气体本身的热传导,从而极大地减小材料的导热系数.展示了几种不同显微结构的材料及其绝热性能.     

Thermal Performance of Low-Melting-Temperature Alloy Thermal Interface Materials

Thermal resistance of low-melting-temperature alloy(LMTA) thermal interface materials(TIMs) was measured by laser flash method before and after different stages of heating.The results showed that the thermal performance of the LMTA TIMs was degraded during the heating process.It is suggested that the degradation may mainly be attributed to the interfacial reaction between the Cu and the molten LMTAs.Due to the fast growth rate of intermetallic compound(IMC) at the solid–liquid interface,a thick brittle IMC is layer formed at the interface,which makes cracks easy to initiate and expand.Otherwise,the losses of indium and tin contents in the LMTA during the interfacial reaction will make the melting point of the TIM layer increase,and so,the TIM layer will not melt at the operating temperature.     

等离子工艺热障涂层的热疲劳分析

热障涂层作为先进的热防护技术,在航空发动机热端部件上有重要的应用,它与先进气膜冷却技术、先进单晶合金材料技术并称为航空发动机涡轮叶片三大关键技术。为了保证发动机安全可靠地工作,研究并测试热障涂层的力学参数和热疲劳特性是其工程应用的前提与基础。本文以等离子喷涂工艺制备的热障涂层为研究对象,利用共振原理和复合梁理论,获得了热障涂层表层一陶瓷层从常温到1150℃高温条件下的杨氏模量。同时,鉴于热障涂层的热疲劳失效模式为剥落,着重对热障涂层的热疲劳特性进行研究。以带热障涂层的圆管试样为模拟件进行了热疲劳试验,试验载荷选择50℃／1050℃的梯形波。利用所测试的材料参数和有限元方法进行了热变形分析,提取了热疲劳寿命控制参量,对模拟试样的热疲劳寿命进行了预测,结果显示,预测结果较为精确。     

热喷涂纳米结构热障涂层的最新研究

分析列举了近些年来热喷涂纳米结构热障涂层（TBCs）的最新研究进展和成果。重点比较了热喷涂纳米结构TBCs与传统TBCs之间的性能差异。最后对热喷涂TBCs的研究前景作了展望。     

热障涂层热疲劳寿命预测模型研究

目的 建立热障涂层寿命预测模型,并研究涂层寿命预测与各种应力应变信息的相关性。方法 首先利用带热障涂层圆管试验结果,将涂层界面简化为余弦曲线,建立了相应的二维轴对称有限元模型;然后根据热障涂层疲劳试验结果,结合线性疲劳累积理论和Manson–Coffin低周疲劳模型,建立了热障涂层的寿命预测模型,并将拟合问题转化为寻优问题,使用遗传算法确定寿命预测模型中的系数;最后基于热障涂层试验的微观照片确定出危险点位置,选取正向、剪切、等效和通过二向应力应变分析方法提取垂直于余弦曲面形貌的11种应力应变信息进行寿命预测,并分析了寿命预测的最大误差和平均误差,对分析的结果进行了验证。结果 采用等效应变范围进行涂层寿命预测的最大误差和平均误差最小,分别为50%和21%,涂层寿命与等效应力的相关性最大。采用等效应变进行寿命预测的结果与文献中的结果相比,最大误差降低了169.1%,整体的寿命预测值从±2倍分散带之内缩小到了±1.5倍分散带之内。采用等效应变范围进行不同工况下的涂层寿命预测,预测结果为130次循环,试验结果为160次循环,寿命预测的结果较好。结论 证明了所建立模型的正确性与准确性,为涂层寿命...     

Self-Enhancing Thermal Insulation Performance of Bimodal-Structured Thermal Barrier Coating

Nanostructured thermal barrier coatings (nano-TBCs) are being extensively studied because of their excellent thermal barrier properties. The occurrence of sintering in TBCs is inevitable in service; however, accelerated sintering of the nano-TBCs may cause premature failure. This study focuses on the changes of microstructure and thermal conductivity of bimodal nano-TBCs during thermal exposure. Results show that there are two stages in the sintering process. It was found that the thermal conductivity increased rapidly in the first stage (from 0 to 20 h), with the rate of increase in normalized thermal conductivity equal to 140% of bimodal coating. The continuous healing of the pores was the main structural change. During the following stage (20 to 100 h), the thermal conductivity decreased with the rate of increase in normalized thermal conductivity equal to ??8% of bimodal coating. The change of structure was the opening of pores. Furthermore, self-enhancing behavior of bimodal composite coatings was discovered. The phenomenon of inevitable sintering in thermodynamics can be used to introduce large-aspect-ratio pores in the in-depth direction, which can greatly slow down the increase in thermal conductivity in service and ultimately increase the lifetime of the thermal insulation. Based on a full study of the sintering mechanism of composite coatings, the present study sheds light on the structural adjustments that lead to a lower thermal conductivity and longer service life in the advanced TBC during high-temperature service.     

红外热波检测热激励源的优化

为解决热激励信号的选取问题,从热波检测的原理出发,建立了求解试件温度分布的偏微分方程组。通过分析方程组,发现热激励信号强度与温度升高值成正比关系。先从理论上对其进行推导,并使用ANSYS软件对试件内热传导过程进行数值计算。结果表明,增强热激励信号在脉冲热像法中可以成正比增大最大温差,在阶梯热像法中可以成正比增大各时刻的温差,在锁相热像法中可以成正比增大幅值差,为热激励信号强度的定量选取提供了理论依据和具体尺度。     

Failure Mechanism for Thermal Fatigue of Thermal Barrier Coating Systems

Thick thermal barrier coatings (TBCs), consisting of a CoNiCrAlY bond coat and yttria-partially stabilized zirconia top coat with different porosity values, were produced by air plasma spray (APS). The thermal fatigue resistance limit of the TBCs was tested by furnace cycling tests (FCT) according to the specifications of an original equipment manufacturer (OEM). The morphology, residual stresses, and micromechanical properties (microhardness, indentation fracture toughness) of the TBC systems before and after FCT were analyzed. The thermal fatigue resistance increases with the amount of porosity in the top coat. The compressive in-plane stresses increase in the TBC systems after thermal cycling; nevertheless the increasing rate has a trend contrary to the porosity level of top coat. The data suggest that the spallation happens at the TGO/top coat interface. The failure mechanism of thick TBCs was found to be similar to that of conventional thin TBC systems made by APS.