20%NiCr-80%Cr3C2涂层抗热冲击和抗氧化性能研究

目的针对工作温度较低(低于550℃)的热作模具,研究热喷涂20%NiCr-80%Cr3C2涂层在5CrNiMo热作模具钢基体上的抗热冲击和抗氧化性能。方法利用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在5CrNiMo热作模具钢基体上制备20%NiCr-80%Cr3C2涂层。采用维氏显微硬度计和万能力学试验机分别测试涂层表面的显微硬度和结合强度;采用管式炉研究涂层在250~550℃之间的抗循环热冲击及抗氧化性能;采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪分析表征涂层经循环热冲击试验前后样品的形貌、组织结构及物相组成。结果20%NiCr-80%Cr3C2涂层组织均匀致密,具有极高的表面显微硬度(818.9HV)和结合强度(64.0MPa)。200次循环热冲击后,涂层内部产生了微裂纹,但并未相互连通,样品表面依旧保持光洁平整,且粘接相中析出的碳化物颗粒使涂层硬度大幅提高(1029.0HV)。涂层与基体界面形成了Fe和Cr元素的氧化物层,但其厚度增至约1μm后处于稳定阶段,且该氧化层连续致密,与基体和涂层结合良好,并未表现出使涂层剥离的倾向。结论利用HVOF制备的20%NiCr-80%Cr3C2涂层抗循环热冲击性能良好,且能够有效提高5CrNiMo热作模具钢工作表面的硬度和抗氧化性能。     

NiCr-Cr3C2超音速火焰喷涂的涂层性能

为配合干熄焦余热锅炉(CDQ锅炉)的开发和制造,保证CDQ锅炉过热器受热面管子在含焦粉粒的烟气中长期安全使用,通过试验,采用超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2粉末对受热面管子表面进行喷涂加工,确认涂层各项性能及指标满足设计要求。为后续的CDQ锅炉制造作了技术准备,现制作的首台CDQ锅炉已投入使用,取得了较好的效果。     

ZrO2／Ni阶梯热障涂层的热冲击行为

研究了ＺｒＯ２／Ｎｉ阶梯热障涂层在火焰喷烧和水淬炳途中热冲击条件下的失效行为,建立了梯度热障涂层在火焰喷烧和水淬热冲击条件下一维温度场应力场的解析模型,实验结果表明,涂层的抗热冲击能力在火焰喷烧条件下随层次折增加而增强,在水淬热冲击条件下却随层次的增加而降低,证实涂层的抗热冲击能力与热冲击条件有关,并取地表面换热系数的大小与方向,故评价涂层的抗热冲击能力时须合理选择热冲击条件,按梯度设计,能大大提     

高效能超音速等离子喷涂NiCr-Cr3C2涂层性能研究

采用自行研制的高效能超音速等离子喷涂系统(HEPJet)制备了NiCr-Cr3C2涂层,并对涂层性能进行测试.结果表明,喷涂粒子速度高达460 m/s,实现了低功率、小气体流量获得超音速涂层的目的;HEPJet制备的NiCr-Cr3C2涂层其结合强度为60 MPa,显微硬度为926 HV0.3,沉积效率为54％,其抗高温氧化性能是12CrMoV钢的17倍,其常规性能赶超JP5000制备的NiCr-Cr3C2涂层.涂层表面的Cr2O3氧化膜与碳化物硬质相组成连续、致密而均匀的保护层是NiCr-Cr3C2涂层抗高温氧化性好的主要原因.     

等离子喷涂Sm_2Zr_2O_7热障涂层的热冲击性能数值模拟

利用ANSYS软件对2Cr13、1Cr13Ni9Ti基体等离子喷涂的Sm2Zr2O7热障涂层在热冲击过程中的热应力分布进行了数值模拟,并比较了不同基体对涂层热冲击性能的影响.结果表明,热冲击过程中在涂层表面均存在较大的径向冲击热应力,同时在表面陶瓷层/金属粘结层界面处存在较大的应力梯度,2Cr13基体涂层的热冲击性能优于1Cr13Ni9Ti基体涂层,有限元计算结果与试验结果吻合良好.     

等离子喷涂ZrO2热障涂层热冲击破坏研究

对比研究了等离子喷涂ZrO2梯度热障涂层及传统的双层结构热障涂层,选择NiCoCrAlTaY合金粉末作为热障涂层的粘结底层材料、7％Y2O3-ZrO2作为热障涂层的面层材料、不同比例的NiCoCrAlTaY与7％Y2O3-ZrO2(YPZ)复合粉末作为梯度过渡层材料,然后进行热冲击试验、金相分析及扫描电子显微镜形貌分析,结果表明梯度热障涂层热冲击寿命明显高于传统的双层结构热障涂层。     

高能等离子喷涂Sm2Zr2O7热障涂层及其热冲击性能

采用高能等离子喷涂技术制备了Sm2Zr2O7热障涂层,用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段研究了涂层的相成分、微观组织;采用拉伸法和水淬法测试了涂层的结合强度及热冲击性能.结果表明,喷涂前后Sm2Zr2O7相成分未发生变化,表现出良好的相稳定性能.所制备的Sm2Zr2O7涂层结构致密,涂层各界面结合紧密.涂层的孔隙率仅为4.72%,结合强度为29MPa.涂层在经历20次热冲击后从表面层/金属粘结层界面处脱落,熔融颗粒内部纵向显微裂纹及熔融颗粒之间彼此分离所形成的横向裂纹的共同作用导致了涂层的失效.     

HVOF喷涂Ni基涂层性能的研究

采用超音速火焰喷涂技术（HVOF）制备了3种镍基涂层，并对涂层的性能进行测试。结果表明：烧结粉末Ni60制备的涂层结合强度达44．6MPa、显微硬度963．8HV，均明显优于包覆粉末Ni包C、Ni包MoS2制备的涂层；Ni包C涂层孔隙率最高，达5．4％，并含有许多的未熔软质相；涂层中的镍起粘结作用，能显著提高涂层的结合强度和显微硬度；起减磨作用的MoS2和C相会明显降低涂层的结合强度。     

复合热源喷涂NiCr-Cr3C2涂层及其性能分析

采用激光与等离子复合热源喷涂技术,在38CrMoA1基体上制备NiCr-Cr3C2涂层,对涂层的结合强度、显微硬度、微观组织结构以及抗高温滑动摩擦磨损性能等进行了测试分析.结果表明,与传统的等离子喷涂层相比,复合热源喷涂时,NiCr-Cr2C2粉末受热熔融更充分,流动性好,铺展均匀.涂层实现了冶金结合,具有更高的结合强...     

TiO2涂层激光热冲击损伤机理研究

研究了等离子喷涂TiO2涂层在激光热冲击条件下激光输出功率对涂层损伤的影响，并探讨了涂层的损伤机理。结果表明，随着激光输出功率的增大，TiO2涂层损伤加剧，当激光输出功率为3900W时被击穿：基体上产生热影响区；TiO2涂层在激光热冲击下的微观损伤形貌主要以放射板条状组织和枝状组织为主，并存在大量的裂纹；TiO2涂层消耗激光能量的方式主要是熔化与再结晶并辅以裂纹的萌生与扩展。     

超音速火焰喷涂CoCrW涂层热震过程中的裂纹扩展行为

为研究CoCrW涂层的抗冷热冲击性能,采用JP5000型超音速火焰喷涂设备在高温合金表面制备了该涂层,分析了裂纹在热震过程中的扩展行为。结果表明,在800 ℃保温,25 ℃水淬的热循环条件下,经过40次热震后,涂层表面均匀地分布着网状裂纹,截面上存在垂直裂纹,但未出现涂层脱落现象;在裂纹与基体、涂层界面交汇处生成了弥散分布的以Al2O3为主要成分的氧化物。分析认为,热应力和组织应力是裂纹产生和扩展的主要驱动力,但裂纹吸收了热震过程中产生的能量,避免了应力集中,有利于提高涂层的抗热震性能。界面处弥散分布的氧化物降低了涂层与基体的结合强度,热震试验最终的失效形式可能是界面处涂层的剥离。     

NiCrWMoCuCBFe涂层的制备及其力学性能研究

目的 探究NiCrWMoCuCBFe涂层的微观组织结构、物相组成及其力学性能。方法 通过霍尔流速计表征了喷涂粉末的流动性和松装密度,采用超音速火焰喷涂在316L不锈钢表面制备了NiCrWMoCuCBFe涂层,利用SEM、EDS分别对喷涂粉末的形貌、涂层的组织结构以及粉末和涂层中的元素组成进行了表征,采用XRD、Raman分析了涂层中的物相,使用显微硬度计及万能材料试验机考察涂层的硬度、结合强度和抗弯强度,并分析了涂层的断裂失效机理。结果 NiCrWMoCuCBFe喷涂粉末具有良好的流动性,在喷涂过程中没有发生严重的氧化现象。通过超音速火焰喷涂制备的NiCrWMoCuCBFe涂层具有致密的层状组织结构,其物相主要是Ni基固溶体,但是也出现了少量的NiO和Cr2O3。此外,涂层的截面硬度与表面硬度相当,约为600HV300 g,且涂层与316L不锈钢的结合强度较高,大于70 MPa。三点弯曲试验中,持续加载至载荷为1800 N,应变为(4.81±0.3)%时,涂层达到强度极限,产生明显的塑性变形;而当载荷仍然保持1800 N,应变继续增加达到(11.43±0.03)％时,涂层与316L不锈钢基材的结合界面彻底开裂失效,此时涂层内部同时具有横向裂纹和纵向裂纹,样品的抗弯强度约为(1.87±0.02) GPa。结论 超音速火焰技术制备出的NiCrWMoCuCBFe涂层具有良好的致密性及优异的力学性能。     

Mechanical Properties and Thermal Shock Resistance of Al2O3-TiC-Co Composites

Ductile cobalt was introduced into Al₂O₃-TiC (AT) composites by using a chemical deposition method to improve toughness and resistance to thermal shock. The mixture of Co-coated Al₂O₃ and TiC powders was hot-pressed into an Al₂O₃-TiC-Co (ATC) composite. The flexure strength and fracture toughness of the ATC composites have been improved considerably, compared with AT and Al₂O₃. The fracture surface of ATC shows a large proportion of transgranular cracks with some intergranular type, unlike the intergranular fracture modes of AT and Al₂O₃. The thermal shock properties of the composites were evaluated by water quenching technique and compared with the traditional AT and Al₂O₃. The composites containing only 3.96 vol.% cobalt exhibited higher critical temperature difference and retained flexure strength. The SEM examination of the fracture surfaces of the ATC composites after single thermal cycle showed that voids increased in number and size, and most isolated voids coalesced with increasing temperature difference, which caused the density and strength to decrease. The ATC composite is less sensitive to repeated thermal shock than the AT composite.     

玻璃沉积物对La2Ce2O7/YSZ涂层高温下热冲击性能的影响

目的 为了探究玻璃沉积物CMAS(CaO-MgO-Al2O3-SiO2)对新型结构热障涂层在1250 ℃下的热冲击寿命的影响,揭示热障涂层的失效行为。方法 通过火焰喷涂技术将制备的CMAS粉体均匀地沉积到铈酸镧/氧化钇部分稳定二氧化锆双陶瓷层热障涂层(LC/YSZ DCL-TBCs)和梯度热障涂层(LC/YSZ FGM-TBCs)的表面,于1250 ℃热冲击实验中进行涂层样品的抗热冲击性能及失效机理研究。利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)追踪CMAS的位置,观察CMAS与涂层反应层的厚度与形貌。采用X射线衍射仪(XRD)测试反应层产物,并总结其失效方式。结果 高温热冲击结果显示梯度涂层的热冲击寿命(435次)远高于双陶瓷层热障涂层的寿命(229次),约为铈酸镧/氧化锆双陶瓷层热障涂层寿命的1.9倍。铈酸镧层与梯度层都能在一定程度上阻碍CMAS渗入涂层内部,提高其CMAS腐蚀条件下的热冲击寿命。双陶瓷层热障涂层与梯度热障涂层的失效均是以层状剥落为主,剥落层主要是CMAS与LC的反应层以及反应层下的烧结层,反应层是由Ca2(LaxCe1-x)8(SiO4)6O6-4x、萤石相和MgAl2O4等难熔氧化物组成,这层致密氧化物类似于密封层,能阻止CMAS继续渗入。结论 功能梯度结构具有比双陶瓷层结构更优异的抗CMAS热冲击性能和更好的应力耐受性。     

ZrO2-NiCr/Al梯度涂层的抗热震性能研究

为了研究ZrO2-NiCr／Al梯度涂层的抗热震性能，设计了4种不同的涂层方案，采用多层平板模型计算了各种方案的涂层中温度和热应力的分布。计算结果表明与其它的涂层方案相比，梯度涂层方案中应力的变化幅度较小，分布也比较缓和。还采用等离子喷涂方法制备了计算模型中设计的4种涂层方案的试样，并对试样进行了抗热震性能试验。试验和计算得到的结果是一致的，都表明采用梯度涂层方案时有较好的抗热震性能。     

燃气热冲击对PS-PVD和APS热障涂层的微结构和隔热性能的影响

采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)和大气等离子喷涂(APS)技术分别制备柱状和层状YSZ陶瓷层,在1 250℃的燃气热冲击下对比研究两种涂层体系的微结构演变和隔热性能变化。结果显示,燃气热冲击后PS-PVD和APS制备的两种YSZ层主要由t'相和c相构成。APS制备的YSZ层微裂纹不断生长开裂并出现局部层状剥落,而PS-PVD制备的YSZ层的"菜花头"间隙不断增大并出现局部"菜花头"剥落。同时表明,PS-PVD制备的热障涂层在长期燃气热冲击时抗氧化性及隔热效果均优于APS制备的热障涂层。     

热震对包覆ZrB2-SiC-La2O3/SiC涂层渗硅石墨力学性能的影响

采用涂刷法和包埋法在渗硅石墨基体表面制备了双层结构的ZrB₂-SiC-La₂O₃/SiC防护涂层,与表面无包覆涂层的渗硅石墨作对比,采用三点弯曲实验方法研究了热震对其力学性能的影响。结果表明,1500℃到室温之间循环热震10次后,表面无包覆涂层的样品单位面积氧化失重为52.1 mg/cm²,弯曲强度保持率仅为52.0%;而包覆涂层样品单位面积氧化增重为5.6 mg/cm²,弯曲强度保持率达78.5%,包覆ZrB2-SiC-La2O3/SiC涂层的样品热震后能保持良好的力学性能。在热震过程中ZrB₂-SiC-La₂O₃/SiC涂层氧化生成的氧化层可有效地保护石墨基体不被氧化,避免了样品内部各种缺陷的产生,从而提高了其弯曲强度。     

CrN和CrAlN涂层热稳定性、力学和摩擦学性能研究

目的 针对现有刀具用硬质CrN及CrAlN涂层的热稳定性研究尚属空白,以及对其涂层摩擦学性能的影响尚不清楚等问题,开展CrN和CrAlN涂层的热稳定性、氧化行为、力学性能及摩擦磨损性能研究。方法 采用中频反应磁控溅射技术制备CrN和CrAlN涂层,利用真空热脱附系统、场发射扫描电镜、原子力显微镜、能谱仪、X射线衍射、拉曼光谱仪、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机等探究2种涂层的结构、热稳定性、力学性能和摩擦学性能。结果 在真空温度为646 ℃左右时,CrN涂层开始发生N分解和释放,在885 ℃左右时N的释放速率达到峰值。CrAlN涂层在真空温度为722 ℃左右时才开始发生N分解和释放,而在1 000 ℃下N的释放速率并未达到峰值。在大气温度600 ℃下,CrN涂层开始发生氧化,并生成Cr2O3相,且Cr2O3层的厚度随着温度的升高而增加,在900 ℃时涂层完全氧化。CrAlN涂层在900 ℃时才开始发生氧化,生成更为致密的Cr2O3和Al2O3混合氧化层,阻止涂层进一步氧化。在大气高温条件下,CrAlN涂层均具有比CrN涂层更高的硬度和弹性模量。随着温度的升高,2种涂层的表面粗糙度逐渐增加,摩擦因数逐渐降低,CrAlN涂层在600、800 ℃下的表面粗糙度和磨损率均低于CrN涂层。结论 在真空下,CrAlN涂层中键能较高的Al-N共价键改善了涂层的热稳定性,提高了CrAlN涂层中N的分解温度。在大气中,CrAlN涂层具有比CrN涂层更高的抗氧化性、硬度和弹性模量,CrAlN涂层在高温氧化过程中生成了连续且致密的Cr2O3和Al2O3混合氧化层,能够减缓O原子向涂层内部的扩散。CrAlN涂层具有比CrN涂层更优异的耐磨性,更适合作为高温工况下服役的刀具和模具等易磨损材料的防护涂层。     

钛合金PEO陶瓷膜的组成结构及其抗热震性能

在硅酸盐溶液中,采用类三角波形脉冲等离子体电解氧化电源,在TC4钛合金表面原位制备陶瓷膜层,利用XRD、SEM和能谱等研究了陶瓷膜层的组成和结构特点,利用热震实验研究了陶瓷膜层的抗热震性能.陶瓷膜层主要由金红石型和锐钛矿型TiO_2组成,反应时间增加,膜层增厚,表面放电孔道减少,孔径变大.能谱分析表明,陶瓷膜层中硅元素含量随着反应时间的增加而增多,钛元素含量的变化与之相反.在900～20 ℃热震条件下,膜层的抗热震性能随反应时间的增大而提高,在反应为25 min时,所制备的膜层抗热震性能最佳,继续延长反应时间,膜层的抗热震性能下降.热震试验使陶瓷膜层中晶相TiO_2含量增加,膜层表面出现裂纹.