等离子喷涂热障涂层的高温氧化行为研究

采用等离子喷涂工艺在K38高温合金基体上分别制备了Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)和MgO稳定的ZrO2热障涂层(MSZ),利用热重分析、X-射线衍射和带能谱的扫描电镜等手段,研究分析了两种涂层在900℃和1000℃的高温氧化性能.结果表明:YSZ涂层和MSZ涂层在900℃都有较好的抗高温氧化性能:MSZ涂层在1000℃氧化时发生了相变,引起陶瓷外层开裂,影响了涂层的抗氧化性能和使用寿命,而YSZ涂层在1000℃氧化没有相变发生,表现出比MSZ涂层更佳的抗氧化性能.     

Y改性的MoSi_2-MoB_x复合涂层制备及氧化行为

通过两步包埋法在钼表面制备了Y改性的Mo Si_2/Mo B_x复合涂层。采用SEM、EDS和XRD分析了渗剂中Y添加对渗B过程影响及Y改性的Mo Si_2/Mo B_x复合涂层的组织结构与氧化行为。结果表明:在渗B过程中,涂层表层的主要物相为β-Mo B_2;添加稀土Y能增强B元素的向内扩散,并起到催渗作用;Y改性的Mo Si_2/Mo B_x外层为固溶了部分Mo B的Mo Si_2,内层为Mo B与Mo_2B混合相;在1150℃下循环氧化20 h后,Y改性的Mo Si_2/Mo B_x复合涂层的外层生成了Si O_2层,且Mo Si_2发生了扩散,生成了Mo_5Si_3,但Mo B_x层能有效阻止Mo Si_2的扩散。     

等离子喷涂制备MoSi<sub>2</sub>-CoNiCrAlY复合涂层的高温氧化行为

以高能球磨法制备的纳米MoSi<sub>2</sub>-CoNiCrAlY复合粉末为喷涂材料,利用等离子喷涂技术在GH4169合金表面沉积了MoSi<sub>2</sub>-CoNiCrAlY复合涂层,并研究了GH4169基材和复合涂层合金试样在900°C静态大气环境下的循环氧化行为。结果表明：复合涂层表现出较好的抗高温氧化性能,其氧化速率仅为1.23×10<sub>-7</sub> mg<sub>2</sub>.cm<sub>-4</sub>.s<sub>-1</sub>,这归因于MoSi<sub>2</sub>在氧化早期形成了SiO<sub>2</sub>相,可以自封氧化膜。氧化后期SiO<sub>2</sub>的脱落,Mo<sub>5</sub>Si<sub>3</sub>相的再次氧化生成MoO<sub>3</sub>和MoO<sub>2</sub>气相,以及MoSi<sub>2</sub>的内氧化直接气化,会降低涂层的抗氧化性能。     

等离子喷涂Al-Mo涂层的高温硫化和氧化行为研究

烧嘴是水煤浆气化系统的重要部件。运行过程中的高温硫化经常导致烧嘴提前失效,进而影响设备的安全稳定运行。本文采用等离子喷涂方法制备了Mo为粘结层的Al-Mo涂层,测量其在973 K, 1073 K and 1173 K的硫化和氧化行为,并与Mo涂层和Inconel合金进行比较。结果表明Al-Mo涂层的高温硫化抗力和氧化抗力均优于Mo涂层,高温硫化抗力优于Inconel合金。该涂层的提出为喷嘴失效问题的解决提供了便捷、有效的技术方案。     

等离子喷涂FeCoCrNiMo高熵合金涂层高温氧化行为的研究

目的 基于海工装备与船舶动力装置对高温环境抗氧化涂层的需求,研究Fe CoCrNiMo高熵合金（High Entropy Alloy,HEA）涂层制备工艺、微观组织结构与抗高温氧化行为之间的关系,探索其在船舶主机、海洋钻井平台温管等高温部件应用的可行性。方法 使用大气等离子喷涂（Atmospheric Plasma Spraying,APS）工艺制备Fe CoCrNiMo涂层,设计正交试验来选取不同孔隙率的涂层试样。通过XRD、SEM和EDS分析涂层的物相组成、微观结构和元素组成。对涂层进行氧化试验,分析其氧化行为。结果 通过正交试验优化Fe CoCrNiMo涂层制备工艺后,涂层孔隙率为2.85%～7.52%。对具有代表性的7.52%孔隙率涂层（记为H1）和2.85%孔隙率涂层（记为H2）进行分析,发现涂层物相结构为简单FCC结构,微观组织为典型的层状结构,氧化物和HEA相在涂层内部分布明显。FeCoCrNiMo涂层的氧化行为遵循抛物线定理,在氧化过程中,化学性质活泼的Cr最易析出并生成氧化物。具有较低孔隙率的H2涂层更快生成致密氧化层,氧化质量增速较低,经15 h氧化后,H1和H2涂...     

HVOF喷涂的MoSi2涂层的高温氧化行为

MoSi2可在各种基材上作涂层，以用作抗高温腐蚀的保护层。MoSi2涂层一般用等离子喷射法制备。真空下等离子喷涂(VPS)的涂层孔隙率和氧含量较低，但涂层表面没有形成保护性SiO2层。这层SiO2可避免整块MoSi2的粉化。大气下等离子喷涂(APS)的涂层孔隙率和氧含量都较高。两种技术制备的涂层中都发现了Mo5Si3。高速氧燃料热喷涂(HVOF)是制备MoSi2涂层的另一种热喷涂方法。德国研究人员在不同温度下用HVOF喷涂了未强化和SiC或Al2O3强化的MoSi2涂层并检验了他们的氧化行为。由于块状MoSi2在300℃~600℃之间易于粉化，为了评估涂层抗…     

等离子喷涂纳米ZrO2复合陶瓷涂层冲蚀行为

以常规和纳米团聚体ZrO3-7wt%Y2O3复合陶瓷粉末为材料,采用等离子喷涂工艺在TC4钛合金表面制备了常规和纳米结构陶瓷涂层,并对其进行冲蚀实验,研究了涂层微观组织和性能对涂层抗冲蚀性能的影响,以及不同工艺参数下涂层冲蚀性能.用扫描电镜(SEM)和XRD分析了涂层组分和微观结构,同时利用显微硬度计对涂层的硬度进行了测试.结果表明,等离子喷涂纳米ZrO2涂层抗冲蚀性能明显高于常规ZrO2涂层.当冲蚀角为90°时冲蚀失重最大,表现为脆性冲蚀,随着速度的增大冲蚀失重也随之增加.等离子喷涂纳米ZrO2涂层由熔化区和部分熔化区组成,部分熔化区属微纳米结构,熔化区在沉积急冷和冲击应力的作用下会形成细晶,微纳米结构与细晶共同作用下的纳米陶瓷涂层的平均粒度将远远小于常规陶瓷涂层的平均粒度,使其硬度增加;微纳米区域在涂层中其局部晶界的强度特别高,裂纹难以沿着晶界扩展,起到了良好的增韧的作用,硬度和韧性的提高使涂层的抗冲蚀性能增强.     

等离子喷涂FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层制备及性能研究

目的 提高风机等机械设备关键部件的耐磨损性能,延长设备的使用寿命。方法 以304不锈钢为基体,利用等离子喷涂技术,制备FeCrBC涂层和FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层。采用X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计,分别对涂层的微观组织、物相、显微硬度进行表征。利用摩擦磨损试验机,对FeCrBC涂层和FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层的磨损性能进行研究,并分析其磨损机理。结果 FeCrBC涂层和FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层表面均由致密光滑区域和较为疏松的半熔融颗粒等组成,涂层与基体结合得较为紧密,界面处无明显裂纹,结合强度较高,2种涂层的结合强度分别为69.5、69.1 MPa。FeCrBC涂层和FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层的显微硬度相当,分别为823.3HV0.1、810.8HV0.1。FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层的磨损体积为0.11 mm³,与FeCrBC涂层相比,复合涂层的磨损率减小了38.1%,具有良好的耐磨损性能。FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层的磨损机理主要为磨粒磨损和疲劳磨损。结论 复合涂层中TiB2与FeCrBC相和NiAl相的润湿性良好,结合紧密。FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层因其存在均匀分布的TiB2、(Fe, Cr)2(B, C)、(Fe, Cr)3(B, C)等硬质相,显著提高了涂层的耐磨性能。FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层可以有效提高基体的耐磨损性能,具有良好的应用前景。     

等离子喷涂NiCoCrAlYTa-Al2O3复合涂层的高温摩擦性能

采用大气等离子喷涂(APS)技术在0Cr25Ni20奥氏体不锈钢表面制备了NiCoCrAlYTa-Al₂O₃涂层,并对该涂层的显微组织、相组成、显微硬度以及在500 ℃时涂层的高温摩擦性能进行了研究。结果表明,NiCoCrAlYTa-Al₂O₃涂层呈典型层状结构,各层间结合良好。涂层内存在大量微孔隙,且硬质相与软质相分散分布,有效抑制了高温磨擦过程中裂纹的产生和扩展,涂层耐磨性能较奥氏体不锈钢基体材料显著提高。高温磨损过程中,涂层表面形成氧化产物,起到固体润滑作用。NiCoCrAlYTa-Al₂O₃涂层的磨损失效形式主要是磨粒磨损、疲劳磨损和粘着磨损。     

等离子喷涂热障涂层的热循环氧化行为研究

本文采用大气等离子喷涂在HA188合金基材上制备NiCrAlY+YSZ热障涂层，并进行了1100 oC、1120 oC和1150 oC三个温度点的高温循环氧化行为对比研究。结果表明，随着考核温度的升高，热障涂层热循环失效寿命显著下降，失效主要是由YSZ/NiCrAlY界面附近YSZ 层中裂纹形成和扩展导致。循环失效后的YSZ与制备态的相结构一样，均为非平衡四方相t"-ZrO2，未发生t"→c+m相变。在热循环过程中，YSZ/NiCrAlY界面形成的热生长氧化物层（Thermally Grown Oxide, TGO）增厚基本符合“抛物线”规律，并且YSZ中裂纹的产生和扩展与TGO的增厚直接相关。     

等离子喷涂热障涂层高温风洞热震行为

采用等离子喷涂工艺制备ZrO2-8%Y2O3(质量分数,下同)陶瓷层,冷喷涂制备CoNiCrAlY粘结层,在高温燃气风洞条件下测试热障涂层的热震性能,并研究了高温氧化处理对试样热震性能的影响.结果表明,等离子喷涂热障涂层具有较好的抗热震性能,经过100次热震循环后,涂层与基体结合良好,涂层较为完整,未出现大面积的剥落;经过氧化处理后的试样抗热震性较差.     

等离子喷涂粉煤灰复合涂层的制备及性能

利用煤炭固体废弃物,采用等离子喷涂技术,在工业纯铜表面制备粉煤灰复合涂层。利用SEM和XRD分析涂层的组织形貌和物相组成,通过热震实验、抗氧化性实验、磨粒磨损实验、冲蚀磨损实验分别测试涂层的热震性、抗氧化性、磨粒磨损性和冲蚀磨损性。结果表明:涂层表面致密,结合性良好,且有3Al2O3·2SiO2、AlB2和Al9Si等新相产生;涂层具有良好的热震性能,热震次数达到74次;涂层具有良好的抗氧化性和耐磨性,其抗氧化性、磨粒磨损性和冲蚀磨损性比基体分别提高了3.14倍、6.16倍和7.48倍。     

等离子喷涂与脉冲等离子爆炸复合涂层的氧化组织分析

采用等离子喷涂在镍基高温合金GH4049表面制备了CoNiCrAlY涂层,随后对涂层进行了脉冲等离子爆炸和真空预氧化处理,并对涂层进行了1050℃保温10 h和50 h的恒温静态氧化实验。结果表明:经过脉冲等离子爆炸处理后的涂层表面形貌更加平坦,脉冲等离子爆炸处理使得涂层表面的片层结构转变为致密结构,减少了氧气渗入涂层的通道,有效延缓了涂层的氧化过程,且没有改变涂层的化学成分;在1050℃空气中氧化50 h后,涂层的物相组成与未氧化处理的基本一致。     

等离子喷涂-物理气相沉积7YSZ热障涂层的高温氧化行为

以纳米团聚烧结的ZrO2-7%Y2O3(7YSZ)粉末为原料,采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)工艺及大气等离子喷涂工艺(APS)在镍基高温合金表面制备了柱状热障涂层(C-TBC)和层状热障涂层(L-TBC),并进行1 000℃的恒温氧化试验,采用X射线衍射仪、扫描电镜、电子探针、能谱分析等检测手段表征热障涂层的微观结构和高温氧化行为。结果表明:C-TBC涂层在氧化初始阶段快速生成TGO层,氧化50h后TGO层生长速率减慢,氧化动力学曲线符合五次方抛物线规律,而L-TBC涂层氧化动力学曲线符合常规二次方抛物线规律。C-TBC涂层氧化速度快于L-TBC涂层,但抗氧化剥落性能优于L-TBC涂层。     

大气等离子喷涂制备Ni基TiB_2复合涂层的研究

采用化学镀Ni-B合金包覆TiB2粉,Metco-7M等离子喷涂制备TiB2/Ni-5%Al金属陶瓷涂层,研究TiB2含量对涂层的微观组织、结合强度、显微硬度的影响。用X射线衍射、SEM扫描电镜分析涂层物相组成和形貌;用线扫描能谱分析涂层与基体的界面元素分布;采用对偶件拉伸法测试涂层结合强度,用显微硬度仪测试涂层硬度。结果显示,TiB2以原始颗粒形态存在于涂层中,无TiB2的氧化产物TiO2,其他氧化产物Al2O3、NiO含量较低;涂层与低碳钢基体存在微观冶金结合;结合强度高达40 MPa,随TiB2含量增加,涂层显微硬度增大,结合强度变化不大。     

悬浮液等离子喷涂制备FHA/CS复合涂层

目的 采用悬浮液等离子喷涂技术（SPS）在纯钛表面制备氟代羟基磷灰石/硅酸钙（FHA/CS）生物复合涂层。方法 利用X射线衍射仪（XRD）、傅里叶红外光谱仪（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）及能谱仪（EDS）对复合涂层的物相组成、组织结构和显微形貌进行分析。通过动电位极化测试和体外生物活性测试,分析复合涂层在模拟体液（SBF）中的腐蚀行为和类骨磷灰石形成能力。通过电感耦合等离子体光谱仪（ICP）分析涂层中Ca2+的释放行为,评估复合涂层的化学稳定性。采用划痕法表征涂层的结合强度。结果 SPS制备的复合涂层具有粗糙的表面和层片堆叠结构。涂层中FHA和CS两相分布均匀,结晶性良好。复合涂层临界载荷达到111.43 N,比单一FHA涂层提高62.5%。与纯钛相比,涂层样品具有较高的腐蚀电位（Ecorr）和较低的腐蚀电流密度（Jcorr）。在SBF溶液中浸泡3天,涂层样品表面被类骨磷灰石完全覆盖。ICP结果表明,复合涂层中Ca2+释放速率低于单一CS涂层。结论 通过SPS在纯钛表面制备的FHA/CS复合涂层具有良好的生物活性、耐腐蚀性能和与基体的结合强度,复合涂层中FHA组分的存在有利于提高涂层的化学稳定性。     

高能高速等离子喷涂MCrAlY涂层的抗高温氧化性能

为提高Ni3Al基高温合金IC6的抗高温氧化性能,采用高能高速等离子喷涂设备在其表面制备了MCrAlY涂层,测试了1 000℃高温条件下经300h氧化后涂层的抗氧化性能。结果表明:300h试验后,涂层的单位面积氧化增重为5.584g/m2,氧化速率为0.019g/m2·h,达到了完全抗氧化级。分析认为:高能高速等离子喷涂工艺制备的MCrAlY涂层与基体结合紧密,孔隙、裂纹及氧化物夹杂含量少,有效的阻隔了氧气的扩散通道,使得氧化物的生长缓慢。同时在高温氧化过程中,涂层表面生成了大量的Al2O3膜,阻碍了金属原子与氧原子的扩散,降低了涂层的氧化速率。另外涂层中含有的Y及Y2O3增加了氧化膜的粘附性,对氧元素的扩散具有抑制作用。     

等离子喷涂WC复合涂层耐磨性能

利用大气等离子喷涂技术在45钢基体上制备了WC复合涂层,采用Ml-10摩擦磨损试验机研究了涂层在干摩擦条件下摩擦磨损性能.结果表明:涂层比基体耐磨性高很多,未出现硬质相的剥落;涂层具有典型的"软基体加硬质相"耐磨组织结构,Ni包Al粉末的加入强化了软相,涂层在干摩擦条件下表现出来比较优良的耐磨性;由于气孔不可避免存在于涂层,涂层磨痕在气孔处出现断裂和塌陷现象,因此提高涂层致密性能降低涂层磨损率.     

爆炸喷涂工艺制备Al_2O_3/NiCoCrAlYTa复合涂层的高温氧化研究

采用爆炸喷涂方法在Q235B钢基体上制备了Al2O3/NiCoCrAlYTa陶瓷/金属复合涂层,并在700℃和900℃下对喷涂试件进行加热氧化试验。用扫描电子显微镜、能谱分析仪和X射线衍射仪对涂层的组织和相组成进行了分析,并对元素扩散情况进行研究。结果表明,涂层组织致密,界面结合良好,无剥落、局部起伏嵌合状态;涂层表面有少量孔隙,孔隙率小于1%;经过加热的组织中存在部分深色带状或点状Al2O3相,随着温度升高和氧化时间的延长,有增多的趋势。在整个加热过程中,涂层中的元素较少向基体扩散,但可以观察到部分Al元素存在迁移,O元素未进入到基体,证明该方法制备的陶瓷/金属复合涂层对基体有较好的保护效果。     

等离子喷涂Al2O3与ZrO2复合热障涂层的高温性能

采用等离子喷涂(PS)方法，在GH536高温合金基材上制备了传统的双层热障涂层(TBCs)和2种含有Al2O3与ZrO2陶瓷复合层的3层热障涂层。传统TBC8结构为Ni22Cr10AlY合金连接层和8％Y2O3部分稳定的ZrO2(8YPSZ)陶瓷顶层；3层TBCs中分别采用置于8YPSZ陶瓷层内层及外层的Al2O3与8YPSZ复合层。3种类型试样的100h。1050℃静态氧化试验及1050℃热震试验结果表明：3层涂层较双层涂层的氧化阻力提高，双层涂层的热震阻力最佳，氧化阻力最差。不同复合层形式试样的热振失效方式和寿命也有差别，复合层置于陶瓷层外层热震寿命略高，但100h氧化增重有明显提高，抗氧化性降低。