Sm2Zr2O7基热障涂层材料研究现状

由于航空发动机不断向高效率、高推重比方向发展,发动机热端部件表面热障涂层的服役条件也越来越苛刻。稀土锆酸盐作为新型热障涂层材料,其开发和应用受到越来越多国内外学者的关注。Sm₂Zr₂O₇材料在一系列稀土锆酸盐中具有烧绿石结构稳定、低热导率和高热膨胀系数等优点,具有良好的应用前景。为满足热障涂层更高的服役要求,Sm₂Zr₂O₇的掺杂改性及性能研究也成为了研究热点。首先,对热障涂层材料进行了简要概述,然后就Sm₂Zr₂O₇基陶瓷材料及其涂层的晶体结构、热物理性能、力学性能以及抗腐蚀性能等的研究进展进行了详细的介绍,为该材料在热障涂层领域的研究及应用提供参考。     

NiCoCrAlYTa/Ag/Mo复合自润滑涂层的制备及其高低温循环摩擦学性能

为了开发适用于苛刻工况的长寿命、高可靠的自润滑涂层，选择NiCoCrAlYTa作为黏结相，Ag作为润滑相，Mo作为增强相，采用超音速火焰喷涂(high-velocity oxy-fuel spraying,HVOF)技术在Inconel718高温合金基体上制备复合涂层。考察该复合涂层在室温及800℃循环交变条件下的摩擦学行为，研究磨损表面的形貌特征、化学成分、相组成，揭示摩擦过程中元素之间的相互作用以及摩擦表面的物理化学本质，探究其在高低温交变环境下的多循环“自适应”润滑机理。结果表明：复合涂层致密均匀，力学性能良好，主要有γ-Ni,β-NiAl,γ′-Ni₃Al,Ag和Mo等物相；复合涂层表面生成的β-Ag₂MoO₄类层状润滑剂，可大大改善涂层在高温条件下的摩擦磨损性能；在多循环交变条件下，复合涂层后续循环摩擦因数较首次循环而言有所增大，但在室温条件下的磨损率却有所减小；这是涂层在高温条件下生成的β-Ag₂MoO₄类层状尖晶石润滑相与Al₂O_3...     

激光重熔改性热障涂层抗CMAS腐蚀特性

采用激光对大气等离子喷涂7YSZ热障涂层进行表面重熔处理,探讨基体预热和Al₂O₃溶胶涂敷对激光重熔层裂纹愈合的影响,研究处理后热障涂层的耐CMAS熔盐腐蚀性能。结果表明:涂层经过激光重熔和基体预热后的激光重熔处理后,与未经重熔处理涂层的CMAS腐蚀厚度基本相同;而采用表面Al₂O₃溶胶涂敷加激光重熔的热障涂层的CMAS腐蚀厚度明显减小,表明Al₂O₃溶胶涂敷加激光重熔工艺可以有效地减轻CMAS熔盐侵蚀,其机理是表面形成的Al₂O₃薄膜溶于CMAS后生成了难熔晶体钙长石,降低了熔盐的流动性和腐蚀性。     

等离子喷涂与激光重熔复合制备Mo2NiB2涂层的组织和性能研究

采用大气等离子喷涂方法在Q235低碳钢表面制备Mo₂NiB₂基金属陶瓷涂层,选取300 W和500 W功率对其进行激光重熔。结果表明,激光重熔可以显著减少涂层的缺陷,使组织结构变得更加致密,界面处的弱机械结合转变为良好的冶金结合。随着激光功率的提高,涂层的结合强度和耐腐蚀性能提高,最大结合强度为38.08 MPa,最小腐蚀电流为0.033μA/cm²,但硬度和耐磨性降低,最小硬度为1781HV_0.2,最大体积摩擦率为6.25×10^–5 mm³/(N·m)。上述等离子喷涂及2种激光重熔的Mo₂NiB₂基金属陶瓷涂层的硬度、结合强度、耐磨性和耐腐蚀性都明显高于Q235低碳钢基体。     

热障涂层的激光表面改性参数优化和结构设计

热障涂层是航空发动机涡轮叶片关键核心技术之一,但在服役条件下常受环境沉积物、熔盐等的腐蚀而过早失效。激光表面改性是一种提高涂层抗腐蚀性能的有效办法,但改性涂层的激光工艺优化和结构设计亟待研究。本文采用脉冲Nd：YAG激光系统对Y₂O₃部分稳定ZrO₂（YSZ）热障涂层进行表面改性,研究了激光功率、扫描速度以及光束长度对改性层厚度、微观结构的影响。结果表明,激光改性层呈致密的柱状晶结构,并有纵向裂纹贯穿其中。改性层的厚度与激光功率成正比,受扫描速度影响不大,与光束长度成反比。激光功率过高,则改性层裂纹增加明显;光束长度过大,则改性层与下方涂层的界面缺陷增多,不利于界面结合。优化的激光改性参数为：激光的功率为75~80 W,扫描速度8 mm/s,光束长度为160 mm。设计了双层激光改性层,每层中的纵向裂纹不连续,使得整个改性层中无贯穿的纵向裂纹,有助于抑制高温腐蚀熔体的内渗。     

基于剪切波变换对Si3N4陶瓷轴承内圈沟道表面缺陷检测的分析

为有效检测航空动力系统中Si₃N₄陶瓷轴承内圈沟道表面凹坑、划痕、擦伤的缺陷。采用中值滤波除去Si₃N₄陶瓷轴承内圈沟道原始图像零散噪点，对其处理图像进行剪切波变换，归一化阈值曲面法对变换后的剪切波系数进行重构、剪切波逆变换获取缺陷增强图像，对缺陷增强图像进行灰度阈值分割与识别分类，定位提取缺陷。基于剪切波变换的Si₃N₄陶瓷轴承内圈沟道的表面缺陷检测方法能有效的检测出Si₃N₄陶瓷轴承内圈沟道表面的缺陷。该方法对Si₃N₄陶瓷轴承内圈沟道表面缺陷提取的准确率可达97.50%，具有高精度与高准确性，满足预期要求。     

等离子喷涂工艺参数对GdPO4热障涂层组织结构和结合强度的影响

随着航空发动机涡轮进口温度提升,目前最广泛使用的Y₂O₃部分稳定ZrO₂(YSZ)热障涂层(TBCs)已难以满足需求,亟须发展新一代超高温TBCs。GdPO₄是一种极具应用前景的TBCs材料。本工作采用等离子喷涂方法制备GdPO₄/YSZ双陶瓷层结构TBCs,研究喷涂工艺参数特别是喷涂功率对GdPO₄陶瓷涂层相组成、表面形貌、微观结构以及结合强度的影响。结果表明:等离子喷涂GdPO₄过程中会有元素P损耗,得到的涂层除了GdPO₄外,还有一些Gd₃PO₇相;随着喷涂功率降低,Gd₃PO₇相含量减少;GdPO₄陶瓷涂层的主体结构由充分熔融的喷涂粒子堆垛构成,其中镶嵌有未熔化粒子构成的微区;随着喷涂功率降低,未熔化微区增多,涂层厚度降低;GdPO₄/YSZ TBCs的结合强度随喷涂功率降低而减小,主要是由于未熔化微区增多降低了涂层的内聚力;因此,低喷涂功率不利于涂层的结合强度。     

B4C改性SiC/SiC复合材料自愈合机理研究

采用预浸料–熔渗工艺制备了B₄C改性SiC/SiC复合材料(SiC/SiC–B₄C复合材料),研究了SiC–B₄C改性基体在700℃、1000℃、1200℃、1350℃下氧化50 h的本征氧化行为及自愈合规律,有效观察到了基体的自愈合行为,同时考察了SiC/SiC–B₄C复合材料的抗氧化性能,通过材料重量变化和强度保持率衡量其在氧化环境中的损伤程度,揭示了氧化行为。研究结果表明,氧化初期B₄C开始发生氧化反应,此时的液态自愈合相主要成分为B₂O₃。随着温度的升高,氧化生成的SiO₂将与B₂O₃结合生成硅硼玻璃相,当温度进一步升高至1350℃时,由于硅硼玻璃分解加剧,导致自愈合效果减弱。此外,高温导致的硅硼玻璃黏度下降也将有利于氧化介质扩散。SiC/SiC–B₄C复合材料在1200℃氧化50 h后仍保持较好的力学性能,说明B₄C...     

高超声速飞行器脆性透波材料大热流冲击下断裂性能试验

高超声速飞行器在俯冲段、高机动变轨或瞬间外露定位探测设备时，快速变化的高热流密度气动热会对天线窗、天线罩等部件产生强烈的热冲击。判断脆性材料透波部件在大热流密度冲击下是否出现断裂破坏及确定断裂时间点，对于高超声速飞行器能否最终锁定并击中目标具有极为重要的意义。本文建立石英灯红外辐射式大热流冲击试验系统，最大冲击热流密度可达1.5 MW/m²，并对SiO₂和Al₂O₃2种脆性材料进行了高速热冲击试验。热流冲击模拟准确，控制结果与预设热流的相对误差小于1.0%。同时，采用数字图像相关方法实时采集热冲击过程中脆性材料表面散斑图像的动态变化，成功捕捉并获得了断裂时间点这一重要关键参数。通过对散斑图像的分析计算，得到了脆性试验件断裂前的表面应变的变化。试验结果为高超声速飞行器透波天线窗等信号探测定位部件在高速大热流热冲击下的安全可靠性设计提供了重要依据。     

二硅化钼改性硅酸镱环境障涂层体系抗热震行为及机理

稀土硅酸盐环境障涂层(EBCs)是应用于新一代高推重比航空发动机热端部件的重要材料，但在服役过程中，稀土硅酸盐面层易产生纵向裂纹，为腐蚀性介质进入EBCs体系内部提供通道，使硅黏结层发生氧化并产生裂纹，最终导致EBCs失效。二硅化钼(MoSi₂)具有优异的高温性能，有望改善稀土硅酸盐EBCs体系的高温稳定性。本工作采用MoSi₂改性Yb₂SiO₅面层，通过真空等离子喷涂技术(VPS)分别制备了以Yb₂SiO₅、 Yb₂SiO₅-5%MoSi₂(体积分数，下同)和Yb₂SiO₅-10%MoSi₂作为面层，以Yb₂Si2O₇作为中间层，以Si作为黏结层的三种环境障涂层体系，利用场发射扫描电子显微镜表征了涂层在1350℃热震前后的形貌变化。结果表明：掺杂MoSi₂不仅...     

激光熔覆TiCx增强钛基复合涂层组织与增强相第一性原理研究

采用同轴送粉激光熔覆技术原位合成了碳化钛(Ti C_x)增强钛基复合涂层。运用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪、显微硬度计等表征与测试方法,同时结合第一性原理研究了Ni Cr-Cr₃C₂添加量与复合涂层微观组织和显微硬度的内在关联性,探究了C/Ti原子比对Ti C_x力学性能及热力学稳定性的影响规律。结果表明复合涂层的微观组织主要由β-Ti型有序固溶体(基体相)和Ti C_x(增强相)组成。Ni Cr-Cr₃C₂添加量对复合涂层中碳化钛的含量、尺度、形态特征有显著影响,且复合涂层上部和下部区域的碳化钛组织存在显著差异。Ti C_x的C/Ti原子比与其形态具有高度相关性,复合涂层中Ti C_x主要包括异形Ti C_0.2-0.4、树枝状Ti C_0.4-0.6、花瓣状Ti C_0.6-0.8及类球状Ti C_0.8-1.0。此...     

镍基高温合金表面Co-Al涂层抗高温氧化性能研究

为了研究镍基高温合金表面Co-Al涂层抗高温氧化性,对该Co-Al涂层在800、900和1000℃下进行200 h高温氧化试验,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等进行高温氧化行为分析。结果表明：合金氧化动力学曲线均基本符合抛物线规律,氧化激活能为78185 kJ/mol,质量增大速度较缓慢,平均氧化速度也较慢;合金表面生成氧化物结构完整、致密,主要以Al₂O₃为主;表面生成连续致密的Al₂O₃保护膜有效地阻止了Al向涂层与空气界面的外扩散和氧向涂层与基体界面的内扩散,在3种温度下Co-Al涂层均表现出优异的抗高温氧化性能。     

CrON扩散阻挡层对NbCrAl涂层与Nb基高温合金元素互扩散的影响

利用磁控溅射技术在C103型Nb基高温合金上制备了含和不含CrON扩散阻挡层的NbCrAl涂层,对比研究了2种涂层分别经900℃和1000℃真空热处理后的元素扩散行为。结果表明:NbCrAl涂层以Cr₂Nb和AlNb₂相为主,含非晶态组织;真空热处理后生成了NbAl₃和(Nb,Cr)沉淀相。热处理温度由900℃升至1000℃时,NbCrAl涂层中元素扩散速度加快。不含扩散阻挡层样品中Cr和Al元素扩散至基体的含量分别为2.76wt%和1.21wt%,而含扩散阻挡层样品中Cr和Al元素扩散到基体的含量分别仅为2.52wt%和0.84wt%。扩散阻挡层保持连续,且与涂层及基体的界面结合良好,经高温处理后主要以密排六方结构的Cr₂O₃和Al₂O₃相为主,有效地抑制了元素互扩散。     

四氧化三铁／导电聚苯胺纳米核-壳复合材料吸波性能预测

从经典的Maxwell-Garnett公式出发,在考虑颗粒间相互作用的情况下,推导具有核-壳结构的四氧化三铁/导电聚苯胺球形填料复合体系的等效电磁参数的计算公式。数值分析结果表明,随着填料占空比的增加,表征颗粒周围媒质的磁导率μh的值越大,并且随频率的下降速度比低占空比的情况缓慢。在核壳比不同的情况下,复合材料的等效电磁参数产生超交换作用的电磁耦合共振现象,从而使2mm厚的吸波涂层在填料核壳比为0.6时的吸波效能达到最大,并随着填料占空比的增加,反射率的峰值增大且向低频处移动。优化结果表明,占空比为0.3时的四层吸波复合结构具有最佳的吸波效能,其反射率的最小值达到-62dB。     

NiCrAl-NiC封严涂层在硫氯酸盐中的热腐蚀行为

为探究NiCrAl-NiC封严涂层在高温熔盐环境下的腐蚀行为,使用大气等离子喷涂技术制备NiCrAl-NiC封严涂层。通过测量NiCrAl-NiC封严涂层的失重情况研究涂层的动力学变化,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、激光共聚焦显微镜等方法,探讨NiCrAl-NiC封严涂层在650℃下混合硫氯酸盐(75%Na₂SO₄+25%NaCl)中的热腐蚀行为。结果表明：在进行10 h的热腐蚀实验后,NiCrAl-NiC封严涂层呈现出快速增重状态,增重速率为32.041 mg₂·cm^-4·h^-1。在进行20 h的热腐蚀实验后,涂层由于表面氧化膜的脱落而发生减重现象。在热腐蚀进行了30 h后,涂层表面膜的生长覆盖了整个涂层,涂层表面形貌均匀,表面孔隙减少,可以对基体起到很好的保护作用。在完整的氧化膜的保护作用下,进行了40 h热腐蚀实验的NiCrAl-NiC封严涂层的质量变化速率为0.064 mg²·cm^-4·h^-1<...     

浆料-烧结法制备ZrB2-SiC-B4C涂层及性能研究

通过浆料刷涂-烧结法在Cf/SiC复合材料表面制备了ZrB2-SiC-B4C超高温陶瓷涂层,研究了浆料中粉末填料、稀释剂的质量分数及高温烧结温度对涂层形貌、成分和相组成的影响。结果表明:当粉末填料与树脂质量比为1∶1、稀释剂与树脂质量比为1∶2、高温烧结温度为1 500℃时,在Cf/SiC表面可形成致密、结合力强的ZrB2-SiC-B4C涂层。涂层内部相组织均匀,Ra1μm,孔隙率约为4. 2%,平均拉伸剪切强度约为5. 4MPa。1 500℃等温氧化30 h后,有涂层Cf/SiC复合材料的失重率约为10. 7%,涂层表面形成了完整的含有ZrO2-SiO2的复合氧化膜,为基体提供了有效的氧化防护。这说明Cf/SiC复合材料表面涂覆ZrB2-SiC-B4C涂层有望满足高温燃流环境的使用要求。     

Gd2SiO5纳米粉体的并流化学共沉淀法合成

以Gd₂O₃和正硅酸乙酯(TEOS)为原材料,采用并流化学共沉淀法合成Gd₂SiO₅粉体材料。研究Gd₂SiO₅前驱体的热响应特征、Gd₂SiO₅粉体的物相组成和微观形貌,并对Gd₂SiO₅粉体的合成机理进行初步探讨。结果表明:前驱体的低Gd/Si摩尔比和反应体系的高pH值会导致Gd₂SiO₅粉体生成Gd_9.33(SiO₄)₆O₂杂质相,相反则会导致生成Gd2O3杂质相。当Gd/Si摩尔比为20∶11、pH值为9~10、合成温度为1000~1300℃时,合成的粉体纯度较高,Gd₂SiO₅颗粒呈不规则形貌特征,平均粒度为100~200 nm。Gd₂SiO₅合成过程中,前驱体以一种—[Si—O—Gd]—网络结构存在,在煅烧过程中逐渐转化为Gd₂SiO₅晶体以及Gd_9.33(SiO₄)₆O₂和Gd₂O₃杂相。     

高温热暴露对Al2O3/Al2O3陶瓷基复合材料性能影响

研究1000～1200℃高温热暴露对多孔基体Al₂O₃/Al₂O₃陶瓷基复合材料性能的影响，结果表明：1000℃热暴露100 h对复合材料拉伸强度无影响，1100℃热暴露100 h后拉伸强度略有降低，1200℃热暴露100 h后拉伸强度明显降低。进一步研究1200℃不同热暴露时长对Al₂O₃/Al₂O₃复合材料、氧化铝纤维及氧化铝基体性能的影响，并采用光学显微镜、SEM对试样的微观形貌进行表征。结果表明：1200℃热暴露100 h对氧化铝纤维的性能影响较小，但对氧化铝基体的影响较大，1200℃热暴露仅10 h后，氧化铝基体的孔隙率明显降低，密度明显增加；从基体断口的SEM形貌可以看出，随着1200℃热暴露时间的增加，氧化铝基体中的晶粒尺寸逐渐增大，基体发生进一步的烧结，相应地，从Al₂O₃/Al₂O₃复合材料的断口形貌可以看出...     

激光重熔WC复合陶瓷涂层组织及耐腐蚀性能

在45号钢表面,制备了WC/Co-NiCrAl等离子喷涂涂层(TC-1)和WC/Co-NiCrAl/laser-remelting激光直接重熔等离子喷涂陶瓷涂层(TC-2)。以纳米SiC粉末为填料,对等离子喷涂层TC-1进行了填料下的激光重熔,制备了纳米SiC改性的WC/Co-NiCrAl/nano-SiC复合陶瓷涂层(TC-3)。采用X射线衍射、扫描电镜对三种涂层微观组织进行了分析,同时对陶瓷涂层的耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,TC-1涂层由WC,W2C,W6C2.54,W,Co,CoO组成;TC-2重熔涂层由WC,W2C,CoO及W组成;纳米改性后的重熔涂层TC-3由SiC,Si2W,WC,W及CoO组成。在激光作用下,原等离子喷涂层WC/Co的片层状组织得以消除。与TC-1涂层相比,TC-2及TC-3陶瓷涂层致密化程度明显提高,涂层耐腐蚀性能也得到了明显的改善。     

不同碳黑填料含量2D—SiCf／SiC复合材料介电及雷达吸波性能研究

对先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备的含碳黑填料2D-SiCf/SiC复合材料介电以及雷达吸波性能进行研究.研究表明,由于KD-Ⅰ型SiC纤维表面具有连续碳涂层,不能直接用于吸波材料,需通过空气热处理手段将其除去.对纤维表面去碳后制成的不同碳黑填料含量2D-SiCf/SiC复合材料微波介电常数进行测试,结果表明,随碳黑含量增加,复合材料介电常数明显增大,但由于碳黑的高比表面和先驱体溶液粘度的限制,复合材料中碳黑体积分数最大仅能达到7%～8%,介电常数难以继续增大,介电损耗低于0.3,并且介电常数频散效应不理想.对不同碳黑填料含量复合材料反射率进行计算,结果表明,单层复合材料在某一频段内具有较好的吸波性能,但由于复合材料介电常数频散效应较差,宽频吸波性能不理想,采用不同吸收剂含量复合材料层铺工艺可能可以解决吸波性能带宽问题.