耐高温低发射率涂层的低温固化及抗热震研究

为了降低耐高温低发射率涂层固化温度,分别向涂层中加入固化剂和不同粒径的CeO_2填料来调节涂层固化的化学交联和物理失水过程。研究了氟硅酸钠和CeO_2粒径对涂层低温固化时的交联度及抗热震性能的影响。采用透射电镜对硅酸盐粘合剂三维网络状结构进行表征,用扫描电子显微镜观察涂层表面孔隙分布,并用IR-2型发射率测量仪测量涂层的发射率。研究表明,通过本文方法可实现涂层在35℃低温固化并保持良好的抗热震性能,抗热震可达40次,且仍满足低发射率要求,最低发射率为0.376。     

γ射线对低红外发射率涂层电化学腐蚀行为的影响

将环氧改性有机硅树脂用60Co源γ射线辐照处理,利用傅里叶变换红外光谱仪（Fourier transform infrared spectrometer, FT-IR)对树脂结构变化进行表征。制备成低 红外发射率涂层后测试凝胶分数、塔菲尔曲线以及交流阻抗来综合研究耐腐蚀性能并利用扫描电镜观察涂层表面的形貌。结果表明采取该措施可以提高涂层的交联度,在不影响8~14 μm波段红外发射率的前提下,能够改善涂层的耐腐蚀性能。     

酞菁蓝对红外低发射率涂层色泽的影响

为了增加红外低发射率涂层的色彩、降低涂层明度和光泽度，采用添加纳米颜料的方法制备了一种蓝色系的红外低发射率涂层。研究了颜料添加量对涂层发射率、涂层颜色和光泽度的影响，并测定了涂层的力学性能和耐中性盐雾腐蚀性能。实验结果表明：涂层在8～14μm时红外发射率为0.3左右；涂层的明度和光泽度均随着颜料添加量增大而降低，颜料添加量为25%的涂层相对于0%添加量的涂层，其明度降低28.8%，光泽度（60°）降低54.5%；并且涂层具有较为优异的力学性能和耐腐蚀性能。     

Cd1-xZnxS体系红外光谱及发射率特性

制备了Cd1-xZnxS三元系半导体材料。利用X射线衍射(XRD)对其结构进行了表征,结果表明实验所得样品均为纤锌矿结构。建立了Cd1-xZnxS混晶替位模型,根据所建模型和晶格振动理论,对Cd1-xZnxS红外光谱特性进行探讨。研究了Cd1-xZnxS三元系半导体材料红外发射率特性,Cd1-xZnxS在3~5μm波段的发射率远远低于8~14μm波段的发射率,这与材料的红外吸收机制和光谱特性有关;Cd1-xZnxS半导体材料的红外发射率随着烧结温度的提高而降低,这是由于温度升高,晶格畸变减小并逐渐趋近于完整晶格。     

热障陶瓷梯度涂层材料的工艺及组织研究

从材料梯度成分设计、制备工艺及性能检测方面介绍了氧乙炔火焰法制备Ａｌ２Ｏ３／Ｆｅ基热障陶瓷梯度涂层材料。与一般涂层相比，梯度涂层显示出更为优异的弯曲强度、结合强度、抗热冲击性、显微硬度分布及缓和热应力等性能。文中着重分析了成分梯度分布、热膨胀系数的平滑过渡及自发热金属的选用，是梯度涂层材料获得优异性能的主要原因。     

硅酸盐无机胶粘剂的研究

论述了一种硅酸盐胶粘剂，它具有强度高、耐水性和抗热震性好及固化温度低的特点。实验发现，金属Ａｌ粉的加入，可以有效地改善胶粘剂的强度和抗热震性，但使得用温度有所下降。而防水剂则可以有效抑制体系中碱金属离子的游离。     

纳米硫化物半导体颜料的制备及其红外发射率研究

为了制备出在8～14μm红外波段具有较低红外发射率的颜料粉体，本文以醋酸镉Cd(AC)2．2H2O，醋酸锌Zn(AC)2．2H2O，硫化钠Na2S．2H2O为原料，采用化学均匀沉淀法在水浴中制备了平均粒径40nm左右的CdZnS固溶体纳米粒子。分析了实验反应过程中反应时间、反应温度和搅拌速度对CdZnS纳米粒子半径尺寸的影响。通过XRD，BET(ASAT2010)比表面仪和TEM表征，研究了粉体的粒度、结构和表面形貌等特征；通过IR-1红外发射率测量仪器测试了粉体在8～14μm波段的红外发射率。作者着重讨论了粉体粒径和8～14μm波段红外发射率之间的关系。并对此给出了一定的解释。     

黑色色浆对氟树脂/铝红外涂层性能的影响

以铝、黑色色浆为填料,氟树脂为粘合剂,制备了氟树脂/铝红外涂层,研究了黑色色浆含量对氟树脂/铝红外涂层性能的影响。性能测试包括光泽度、色差、红外发射率、硬度、附着力、抗冲击性、粗糙度、光学测试、耐腐蚀性等。结果表明,在黑色色浆含量为1.0%时,整个氟树脂涂层的性能最优。当黑色色浆的含量由1.0%上升到9.0%,涂层表面光泽度不断下降,涂层ΔE值不断减小,涂层表面红外发射率逐渐升高,涂层的硬度都是6H,涂层的附着力等级为0级,红外光谱吸收峰逐渐增强。当黑色色浆含量为0%～3.0%,抗冲击性都超过50 kg·cm,抗冲击性较大。当黑色色浆含量为0%～5.0%时,涂层表面粗糙度比较低。当黑色色浆含量为1.0%时,涂层的耐腐蚀性能最佳。     

纳米隔热材料透-反射光谱测量及辐射物性反演

基于辐射传递求解的改进二流近似和全局智能优化的遗传算法，结合材料的法向-半球反射率和透过率，构建了纳米隔热材料吸收系数和散射系数的辨识模型。采用文献中报道的两种玻璃的辐射物性参数数据数值验证了辨识方法的可靠性。实验测量了纳米隔热材料法向-半球透过率和反射率数据，辨识获得材料在0.4~7.0 μm波段的吸收系数和散射系数。研究表明：(1)构建的辨识方法能准确辨识材料的吸收和散射系数；(2)在0.4~7.0 μm内，材料的吸收系数介于70~3 900 m^-1，散射系数在180~3 000 m^-1之间，不同波长下数值差异大，呈现强烈的光谱选择性；(3)在2.5 μm以下材料内散射所占份额较大，在2.5 μm以上吸收明显占优，整体上呈现出强吸收、弱散射特征。     

钛基合金抗高温氧化搪瓷涂层制备及性能表征

为解决钛及其合金抗高温氧化烧蚀问题,采用两搪两烧方法在TA1与TC4基体表面制备厚90～110 μm的搪瓷涂层.利用X射线衍射仪、光学和扫描电子显微镜表征搪瓷涂层的显微结构、界面形貌,通过EDS线扫描分析界面处主要元素分布,试验结果表明搪瓷涂层结构致密,与基体形成化学结合,抗落球冲击和热震性能优异.最后通过750℃下,100h不连续高温氧化试验表明,搪瓷涂层是一种有效的抗高温氧化涂层.     

纳米ZnO的制备及红外发射率研究

以草酸、醋酸锌和无水乙醇为原料，采用溶胶-凝胶方法合成了干凝胶前驱体，并以其热重-差熟分析(TG—DTA)为依据，在一定温度煅烧研磨获得纳米ZnO粉体，经X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)分析表明实验终产物为纤锌矿结构的纳米ZnO，平均粒径约20nm。XRD分析结果还表明纳米ZnO中存在一定的晶格畸变现象。利用IR-1红外发射率测量仪测量了纳米ZnO粉体及其经不同温度热处理后样品在8～14μm波段的平均发射率，初步探索了纳米材料作为隐身材料的应用前景。发射率测试结果表明纳米ZnO的发射率比微米ZnO的发射率大，并且随着热处理温度的增加，发射率单调下降并逐渐趋近于微米ZnO。文中结合XRD分析结果，对上述现象给出了一定的解释。     

过氧化氢-煤油火箭发动机喷流红外辐射亮度的精确测量

姿轨控火箭发动机喷流红外辐射特性的定量测量，是飞行器突防效能研究以及喷流流场数值模拟计算模型验证中的一个关键环节。为定量研究火箭发动机喷流红外辐射场分布，对某型过氧化氢-煤油小火箭发动机进行了喷流红外辐射特性测量实验。使用的制冷型中波红外相机波段为3.7~4.8 μm，该相机探测阵元平均噪声等效温差为16 mK，输出16 bits信号，具有高灵敏度和大动态范围。通过对红外相机的黑体辐射定标，并对定标误差进行分析，反演所测灰度值图像，在与喷流垂直方向得到中波红外波段的喷流辐射亮度分布。测量结果表明，小火箭发动机喷流中马赫盘结构位置清晰，喷流在中波红外波段的峰值辐射亮度为184 W/（m2·sr），辐射测量精度为12 W/（m2·sr）。     

铁弹性稀土钽酸盐RETaO4陶瓷的热物理性质研究进展

工作温度是决定航空发动机、燃气轮机和高超声速飞行器发动机等大国重器的燃油利用效率和能量转换效率的关键因素。热障涂层（Thermal Barrier Coatings,TBCs）材料主要应用于高温合金零部件表面隔热降温,以提高合金零部件的工作温度。当前使用的热障涂层材料氧化钇稳定氧化锆（Yttria Stabilized Zirconia,YSZ）存在热导率高、热膨胀系数失配和工作温度低等问题,无法满足应用需求,亟需开发新一代低热导、高工作温度和长寿命的热障涂层材料。稀土锆酸盐、稀土磷酸盐、稀土硅酸盐、稀土铝酸盐和稀土铈酸盐等陶瓷材料存在断裂韧性不足、热膨胀系数低和高温相稳定性差等问题,无法取代YSZ成为新一代超高温热障涂层材料。铁弹性稀土钽酸盐RETaO₄（RE代表稀土元素）陶瓷具有独特的铁弹性相变增韧、低热导率、高热膨胀系数和低杨氏模量等特点,被作为下一代超高温热障涂层材料进行了广泛研究。本文总结了此类稀土钽酸盐陶瓷在热学、力学和结构等方面的研究进展,主要包括晶体结构、微观组织以及力学（硬度、模量和声速）和热学（热导率、热膨胀系数和高温相稳定性）性质等,探讨其作为下一代超高温热障涂层材料的可能性,为未来研究提供参考。     

TC21合金表面Al-Cr涂层的制备及其高温抗氧化性

利用双辉等离子渗金属技术和多弧离子镀技术在TC21钛合金表面制备了Al Cr复合涂层,并于750,850,950 ℃下进行了抗高温氧化性能研究。结果表明：Al-Cr涂层分为纯Al层、AlCr合金层、纯Cr层及扩散层,厚度约为48 μm,涂层连续致密、无贯穿性裂纹,并且与基体结合紧密。氧化过程中,Al Cr涂层表面能形成致密的Al2O3氧化层,阻止O元素向内扩散侵蚀基体,使涂层具有优异的抗高温氧化性能;Cr的存在既促进了Al的选择性氧化,同时又使得涂层的自修复能力得到增强。Al Cr复合涂层显著提高了TC21合金的高温抗氧化性。     

不同热控涂层的飞艇散热器Fluent仿真分析

为了分析不同热控涂层的性能，采用Fluent模拟了临近空间飞艇上小型散热器在20 km高空的热平衡状态。散热器分别使用S781白漆、S956灰漆及La_1-xSr_xMnO₃化合物热致变材料作为热控涂层，使用UDF（User defined function）编码对热控涂层设置随涂层温度变化的发射率。经过模拟计算，得到了在太阳垂直照射与无太阳辐射两种极端情况下不同热控涂层散热器的温度分布。仿真结果得出在太阳垂直照射下，使用La_1-xSr_xMnO₃化合物作为热控材料散热器的锂电池温度处于最佳工作温度范围，但其在太阳垂直照射与无太阳辐射情况下电源的平均温度温差为8.89 K，略大于S781白漆的温差6.57 K。模拟中，La_1-xSr_xMnO₃热致变材料发射率变化较小，约为0.11，垂直照射时温度最高的散热区域发射率可达到0.8，无太阳辐射时温度最低的散热区域约为0.69。     

磨料水射流去除等离子喷涂法热障涂层的试验研究

热障涂层技术在航空发动机中具有延长热端部件使用寿命、提高功率和减少燃油消耗的优点。对热障涂层金属构件进行电火花小孔加工时，需要先去除金属基体表面的热障涂层。针对等离子喷涂法（Air plasma spray， APS）制备的热障涂层进行了磨料水射流去除加工试验。采用直径为300 μm的低压磨料水射流，在室温下开展APS涂层的盲孔加工试验，以期为后续的电火花穿孔加工提供可能性。结果表明，冲蚀孔径和孔深随磨料浓度、射流压力、冲孔时间和靶距的增加而增大，涂层去除速率随磨粒硬度和粒径的增加而提高，APS涂层的冲蚀效率明显高于EB-PVD涂层。     

半角7°圆锥马赫数6边界层转捩的自由飞实验

在气动物理靶上开展了半角7°圆锥的边界层转捩测量实验，模型材料为铝合金，表面采用氧化发黑处理或涂覆低热导率涂层，底径33mm，球头半径0.27~2.50mm，马赫数4.89~6.63，单位雷诺数4.8×107/m~5.2×107/m，总迎角0.8°~5.8°，采用阴影和红外辐射成像获得了模型边界层图像和转捩阵面形貌，测得转捩雷诺数介于2.4×106~5.6×106之间.结果表明:转捩雷诺数随迎角增大而减小；一定的球头钝化可以推迟转捩。     

CU-1型钇基重稀土对Be-Cu合金性能影响的研究

研究了CU-1型钇基重稀土对Be-Cu合金性能的影响。结果表明:Be-Cu合金经过微量CU-1型稀土的微合金化处理后,其显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性均有不同程度的提高,热膨胀系数有所下降;随着稀土加入量的增加,Be-Cu合金的显微硬度逐渐提高,磨损量和平均腐蚀速率逐渐降低,热膨胀系数先减小后增大。     

离轴全息成像测量三维气动旋流低温雾化场

为研究低油温工况下气动旋流雾化喷嘴近场雾化特性，建立了25 kHz皮秒脉冲激光离轴全息系统，对1 kPa气压、0.03 MPa油压和–40～28 ℃油温工况下喷嘴下游30 mm内近场雾化过程进行了三维可视化测试。实验获取了包含非球形液滴的近喷嘴雾化场清晰图像，记录了液膜袋状破碎与液丝分解等典型雾化动态过程。通过颗粒识别与定位，获取了雾化场中尺寸30～1500 μm的液滴粒径及三维位置，统计得到雾化场索特平均直径（SMD）的三维分布信息。研究发现:在气压1 kPa、油压0.03 MPa工况下，液滴粒径主要分布在200 μm以内，其中30～40 μm粒径占比最高，均在15%以上；三维粒径分布表现为雾锥中央粒径较大，边缘区域粒径较小；油温降低对雾化效果恶化显著，使雾锥体积缩小、雾化液滴密度降低且均匀性下降；油温从28 ℃降至–20 ℃时，下游截面中心粒径从300 μm左右增大至450 μm以上，局部大于650 μm；–40 ℃时，喷嘴下游出现大型液柱与多枝状液膜、液丝结构，燃油分解破碎距离进一步延长。实验结果证实了高速离轴全息技术在低油温工况下喷嘴近场雾化特性三维可视化诊断中的可行性，获取的雾化场三维参数可为喷嘴结构设计优化及雾化模型研究提供数据参考。     

涡扇发动机二元排气系统推力与红外特征多目标型面优化设计

以涡扇发动机二元排气系统为例，以排气系统推力系数、3~5 μm波段正尾向红外辐射特征为优化目标，以窄边探测面30°和宽边探测面90°方向的红外辐射特征为约束，以喷管喉道宽高比、喉道型面半径比、收敛半角和扩张半角为优化变量，在发动机地面军用动力状态，研究排气系统推力与红外特征的多目标型面优化设计。在设计过程中，基于正交试验法确定初始样本点，建立排气系统推力系数、红外辐射特征与设计变量间的RBF代理模型，采用自适应模拟退火算法对代理模型进行分析求解。结果表明：多目标优化方法可应用在排气系统推力与红外特征的兼容设计上，并可取得一定的效果，相比基准二元模型，仅通过型面设计，多目标优化后排气系统推力系数提高了5.3%，在正尾向的无量纲积分辐射强度降低了17%。