喷涂功率对纳米热障涂层组织及性能的影响

采用扫描电子显微镜(SEM,Scanning Electron Microscopy)、X射线衍射(XRD, X-Ray Diffraction)等方法研究了大气等离子喷涂功率对纳米Y₂O₃部分稳定的ZrO₂ (YSZ,Yttria Stabilized Zirconia)热障涂层组织结构及热震性能的影响.结果表明,不同功率下制备的陶瓷层包含熔融相和未熔相,未熔相中存有纳米晶粒,相组成为四方相ZrO₂.随着功率的增加,涂层的纳米区域逐渐减少,孔隙率逐渐降低,热震寿命先增加后减少.涂层失效位置位于靠近TGO(Thermally Grown Oxide)处的陶瓷层中.     

A100钢表面粗糙度与HVOF碳化钨涂层结合强度

采用超音速火焰喷涂方法在AerMet100钢(A100钢)基体上制备了WC10Co4Cr涂层,研究了不同喷砂条件对AerMet100钢表面粗糙度变化及对涂层与基体结合强度的影响.之后将涂层使用化学方法退除,观察涂层制备对AerMet100钢基体表面状态的影响,分析了粗糙度与涂层结合强度之间的关系.结果表明:AerMet100钢基体不同吹砂工艺产生的表面粗糙度 S_a=0.994~4.983 μm时,超音速火焰喷涂WC10Co4Cr涂层的结合强度均不低于72 MPa.喷涂涂层过程对基体表面状态没有较大影响:基体粗糙度 S_a<2 μm时,喷涂后,基体表面的粗糙度略有降低;基体粗糙度 S_a>3 μm时,喷涂后,基体粗糙度略有升高.超音速火焰喷涂的碳化钨钴涂层与AerMet100钢基体的结合同时存在物理与机械力结合,以前者为主要结合力.     

热、力耦合作用下热障涂层的失效机制

针对热障涂层服役环境中热物理化学环境与机械载荷耦合作用的特点,采用交流阻抗谱法与声发射法对热障涂层在恒定外载荷(高温蠕变)以及交变载荷(高温低周疲劳)作用下的失效过程进行了考察分析,研究发现,交流阻抗谱中低频段阻抗值的变化可以有效地反映热障涂层热氧化层内横向裂纹的萌生及扩展;有无外机械载荷作用下热障涂层的热循环失效的模式截然不同,在高温蠕变条件下,热障涂层的裂纹并不产生在热氧化层内,而是产生在热氧化层与柱状晶之间的等轴晶区;而在高温低周疲劳条件下裂纹是在粘结层与高温合金基体的扩散层处.      

含SiO2,ZrO2微粒复合镀镍层抗高温氧化性能

通过对含有SiO₂,ZrO₂微粒复合电沉积的研究,在Cu合金表面分别获得了含量(原子数分数)为11.3％ SiO₂,5.31％ ZrO₂微粒的Ni基复合镀层.通过在800℃、900℃条件下的高温氧化和热震循环试验,研究了这种复合镀镍层的高温氧化性能和界面结合特性.结果表明:经过40?h的高温氧化,2种复合镀镍层的抗氧化性能均达到抗氧化级,而且含SiO₂微粒的复合镀镍层的抗氧化性能优于含ZrO₂微粒的复合镀镍层;经过55次冷热循环,含SiO₂微粒的复合镀镍层与铜基体结合良好.     

离心力场中TiC/FeNiCr复合材料 涂层的原位反应合成

以Fe₂O₃,Cr₂O₃,CrO₃,NiO,Al,Ti粉和C粉为原料,在离心力场中在碳钢基体表面原位反应合成了TiC-FeNiCr复合材料涂层.利用X射线衍射、金相照相、扫描电镜、X射线能谱分析等手段对涂层的显微结构和组织形貌进行了研究.测试了涂层的显微硬度及干滑动磨损条件下的耐磨性能.结果表明,涂层和碳钢基体能形成冶金结合.涂层由FeNiCr奥氏体和其中弥散分布的TiC硬质相组成.TiC颗粒晶粒尺寸小于3μm,形状呈多边形或花瓣状.涂层显微硬度约为Hv 500~Hv 800,TiC含量增加,涂层的显微硬度提高.涂层较碳钢具有优异的耐磨性能.      

碳纤维增强镁基复合材料的界面反应和拉伸性能研究

采用气压浸渗法, 制备了碳纤维增强镁基复合材料. 实验中分别选用了c.p.Mg, AZ31 和AZ91 三种基体材料进行研究. 分别采用了扫描电子显微镜(SEM) 和透射电子显微镜(TEM) 分析了复合材料的拉伸断口和界面微区. 结果发现, 随着基体中Al 含量的增加, 界面处的化学反应逐渐加剧, 界面处不同程度的化学反应导致了不同的界面结合状态和界面结构.采用纯镁基体时, 界面呈现弱结合; 采用AZ31 和AZ91 为基体材料时,界面处出现针状反应产物, 且界面结合都较强.      

PEEK/ZrO2固体合金的探索研究

在聚醚醚酮(PEEK)玻璃化转变温度以下,用外动式高能旋转球磨机使PEEK和二氧化锆(ZrO₂)混合物反复变形、断裂和结合,并形成新的相,即形成PEEK/ZrO₂固体合金.通过扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、红外光谱(FT-IR)和动态热力学分析装置(DMTA)对PEEK/ZrO₂=1/2和2/1固体合金的结构及性能进行研究;并与纯PEEK对比,探讨PEEK与ZrO₂形成固体合金的可能性;讨论固体合金化工艺对PEEK/ZrO₂固体合金性能的影响,分析PEEK/ZrO₂固体合金的形成机理.     

镍基合金表面Al-Co共渗涂层制备

利用包埋渗法在镍基高温合金表面成功制备了Al-Co涂层.涂层为单层结构,显示出均匀、致密的特性,涂层主要由AlNi相、AlCo相和Al-Cr间金属化合物组成.涂层中Al和Co的含量明显高于基体中两元素的含量.基体与涂层之间有一层与涂层厚度相当的过渡层,过渡层是由于其内部的Al元素向外扩散导致Cr,W,Mo,Ti等元素析出而形成的.过渡层与基体和涂层之间的结合都较为紧密,达到了冶金结合.      

等离子涂层典型界面损伤与破坏的数值模拟

基于界面损伤力学思想,提出了三结点界面单元的概念,和传统界面单元相比,具有能够表征任意形状界面法线方向的优点,将改进的单元通过ABAQUS的用户子程序UEL与有限元软件进行了结合.考虑等离子涂层界面粗糙度的影响,模拟了余弦形界面在热循环载荷下的损伤以及在拉伸载荷下的破坏过程.计算结果表明,界面单元结点间位移出现不连续现象,体现了裂纹的逐渐张开过程,界面损伤随热循环次数的增加而增加,其中第一个循环造成的损伤最大,波峰处是界面断裂的危险位置,法向分离起主导作用;等离子涂层粗糙界面承受法向拉伸载荷的能力较平直界面显著增加.采用改进的界面单元模拟异质材料复杂形状界面的损伤与破坏是可行的,结果是合理的.      

热障涂层红外热无损检测的建模和有限元分析

在柱坐标系下以轴对称模型描述热障涂层结构TNDT(Thermal Non-Destructive Testing)的瞬态热传导,建立相应的物理模型.用有限元分析软件ANSYS计算热障涂层结构受热脉冲激励后的温度场,研究TNDT可检信息参数(如最大温差和最大对比度)与脱粘缺陷半径、深度、涂层厚度的关系.结果表明,在涂层厚度一定时,最大温差和最大对比度与脱粘缺陷半径成非线性关系,它们随着缺陷半径的增大而增加,且存在上限饱和值;在缺陷半径一定时,最大温差和最大对比度与涂层厚度成非线性关系,且随着涂层厚度的增加而减小.这些研究结果为热障涂层内部脱粘的红外热无损检测及表征提供了基本理论依据.     

含泡沫镍中间层陶瓷/不锈钢接头微观组织和性能

连接温度850℃,保温时间60 min,用泡沫镍金属作为中间层真空钎焊Al₂O₃陶瓷与1Cr18Ni9Ti不锈钢,利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱（EDS）分析钎焊接头的微观组织,利用剪切实验检测接头的力学性能。实验结果表明,不添加中间层时,接头平均剪切强度只有7.7 MPa,断裂位置发生在陶瓷侧;添加泡沫镍中间层时,接头平均剪切强度达到101.7 MPa,断裂位置发生在陶瓷与泡沫镍金属连接界面处。不添加中间层时,Ti元素主要分布在钎料与陶瓷以及钎料与不锈钢反应界面处;添加中间层后钎焊接头中Ti元素主要分布在中间层,与Ni元素形成TiNi₃,Ag、Cu和Ti元素分布更加均匀。      

用于热控涂层性能原位测试的辐射计设计

针对空间环境中热控涂层性能退化的问题,提出一种模拟空间环境中利用测热法实现热控涂层太阳吸收率原位测试的辐射计设计方案.结合模拟空间环境的测试要求,进行辐射计的原理设计与理论研究;对辐射计进行结构热分析,建立辐射计测试过程中各项换热的计算式,从而得到辐射计的瞬态计算模型.恒温测试环境下利用辐射计对SR107热控涂层进行了测试.实验结果表明:辐射计测试的SR107热控涂层太阳吸收率值与该涂层的标定值之间的相对误差在2%以内,测试的不确定度为6.3%,实验结果验证了该测试方法的有效性.      

钛合金TC4与1Cr18Ni9Ti不锈钢的扩散焊工艺探索

选有纯铜和纯镍作为中间层金属，探索ＴＣ４钛合金和１Ｃｒ８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢的真空扩散焊工艺，采用金相法，扫描电镜，Ｘ射线衍射等手段对接头界面附近的微区进行了较详细的分析，结果表明，采用上述中间层进行ＴＣ４－１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ的扩散焊时，Ｃｕ和Ｔｉ产生强烈的共晶反应，但并末阻止Ｔｉ向不锈钢中扩散，各元素相互扩散的结果，使接头中形成多层次的不同组织和多种化合物，导致接头强度较低，呈脆性断裂。     

薄膜热电偶热氧化可靠性及结构优化

航空发动机涡轮叶片处于发动机温度最高的部位，将薄膜材料制备于待测物表面形成热电偶传感器，可及时有效的对涡轮叶片进行测温。薄膜热电偶多层膜间的热氧化界面扩散失效是导致薄膜可靠性不高的主要原因之一，基于Fick第二定律提出多层膜扩散可靠性模型，定量描述薄膜热电偶扩散失效机理，通过仿真计算，结合粒子群算法，以薄膜寿命最大为目标，寻优得到各膜层对应的最佳结构，为结构工艺上提高薄膜热电偶寿命的研究提供了一定的借鉴。     

等离子喷涂纳米TiO2涂层及其光催化性能

原始喷涂粉末经过喷雾干燥法造粒,采用等离子喷涂工艺在普通载玻片上制备了纳米TiO₂涂层,并对涂层在300℃,400℃,500℃进行热处理.采用X射线衍射(XRD)方法对TiO₂涂层进行了相结构分析;用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)观察涂层的微观形貌;用压汞方法测量涂层的孔隙率.结果表明,喷涂后锐钛矿型TiO₂含量大约在30%~50%,粒径10~30nm,孔隙率小于6%,热处理后涂层更致密,孔隙率降低.喷涂电流为400A且未经过热处理的TiO₂涂层具有最佳光催化效果.