等离子体微弧氧化表面处理LY12铝合金的高温拉伸性能

采用等离子体微弧氧化技术对LY12铝合金表面进行氧化处理,对处理前后材料的高温拉伸性能进行了研究,用SEN观察试样拉伸断口及陶瓷涂层形貌。结果表明:在高温条件下,LY12铝合金表面陶瓷化后拉伸强度有一定提高,且随温度的升高,拉伸强度提高的比率增大,说明在高温条件下陶瓷涂层对铝基体起到了一定的隔热作用;表面陶瓷化对LY12铝合金的延伸率影响不大。试样为典型的韧性断裂,且断裂后陶瓷膜层没有出现大面积脱落,表明陶瓷涂层与铝基体结合良好。     

铝合金构件的原位快速表面处理方法研究

着重探讨了在外场操作条件下，对航空铝材进行原位、快速表面处理的几种方法以及不同表面处理对粘接效果的影响。结果表明：对受损的通用航空铝合金(LY12-CZ)表面，采用自行研制的酸膏进行氧化处理，能造就具有一定特征形貌的铝合金表面氧化层，从而使粘接强度提高76．0％，并可实现对构件表面的快速、原位处理，能满足装备构件外场修复的基本要求。     

表面涂层-高温合金之间的高温过程研究

采用刷涂和烧结的方法制备了高温合金表面的无机涂层，并对基体进行了预氧化处理。应用俄歇能谱仪（AES）、扫描电镜（SEM）研究了预氧化处理和高温长时间退火条件下，涂层和高温合金之间元素的相互作用。结果表明：氧在合金中的分布曲线服从抛物线法则，高温下基体中铬优先氧化，对高温合金基体进行预氧化处理能有效地阻滞高温条件下基体元素铬的贫化。     

湿热环境下表面处理对GFRP加固铝板结构耐久性的影响

用3种不同工艺分别处理铝合金表面,通过湿热环境下玻璃纤维增强复合材料(glass fiber reinforced polymers,GFRP)和GFRP加固损伤铝板的拉伸实验,测定不同方法处理的GFRP-铝板在湿热环境下粘接强度,研究湿热环境、表面处理工艺等因素对修复效果影响。结果表明:界面粘接强度顺序为阳极氧化硅烷偶联剂喷砂;湿热处理后,GFRP片材的抗拉强度、弹性模量和断裂伸长率均下降;不同表面处理修复试样初始载荷提高顺序为阳极氧化硅烷偶联剂喷砂;湿热环境下,不同表面处理修复试样承载能力出现不同幅度下降,喷砂试样承载能力下降主要是树脂-铝板界面粘接强度下降引起的,破坏主要发生在树脂-铝板界面,偶联剂和阳极氧化处理试样破坏主要发生树脂-GFRP界面,树脂-铝板界面力学性能优于树脂-GFRP界面力学性能。     

过滤条件对活性涂层陶瓷颗粒过滤铝熔体的影响

将活性涂层陶瓷颗粒分别装在能够透气的管状耐火砖和致密陶瓷管内,然后加热到710℃用于过滤铝熔体。研究结果表明,在透气条件下,拉伸试样的延伸率下降,并且拉伸断口裂纹大,韧窝大而不均匀;金相试样中的夹杂物数量多而且尺寸也大。在不透气(致密陶瓷管)条件下,当陶瓷颗粒尺寸为1mm,过滤后的拉伸试样延伸率达到48.7%,提高16%,拉伸断口裂纹细且韧窝小而均匀,仅有少数8μm的夹杂物。     

铝合金LY12阳极化电解着色技术研究

本课题研究了LY12铝合金阳极氧化着色技术,并对着色溶液配方及工艺作了全面的研究,使着色膜均匀一致。研究了电解着色中的稳定剂、表面活性剂和封闭液中的添加剂。本工艺有效地抑制了铝合金中铜的腐蚀,实现了铝阳极化在LY12、LY11上的应用,经中试后具备了批量生产能力。中试产品经阳极化着色后进行了耐光性、耐腐蚀性、耐磨性试验,结果性能优良。     

热处理对15%SiCp/2009Al复合材料力学性能与断裂行为的影响

使用不同固溶温度对粉末冶金工艺制备的15％SiCp／2009Al复合材料进行了处理，经过自然时效后进行了拉伸试验。结果表明：复合材料强度与塑性均随着固溶温度的提高而增加；挤压态的复合材料强度与基体合金基本相同。动态拉伸和断口形貌观察表明：挤压态的复合材料断裂形式为界面和基体中形成孔洞并相互连接导致试样断裂；而热处理后界面附近的基体中形成孔洞以及颗粒开裂并向基体中扩展导致试样断裂。     

碳纤维韧化涂层处理对复合材料性能的影响

选择高韧性环氧树脂作为碳纤维表面涂层处理剂，研究了碳纤维表面聚合物涂层韧化处理对其复合材料性能的影响，探讨了界面韧化的作用机理。结果表明：高韧性环氧涂层能提高单向复合材料的层剪、拉伸及冲击等性能，且处理工艺简单；涂层处理后Φ150mm复合材料压力容器强度转化率由81％提高到86．4％。     

DSM11镍基高温合金表面三种涂层高温性能

DSM11镍基高温合金表面制备Al-Si、Al和Co-Al三种涂层,研究三种涂层在900℃下的涂盐（质量分数为5% NaCl+95% Na₂SO₄）热腐蚀性能和800℃下的疲劳性能。实验结果表明:在900℃热腐蚀200h后,Al-Si涂层和Co-Al涂层表面腐蚀区均形成了以Al₂O₃为主的连续且致密的氧化层,抑制热腐蚀反应的进行,具有一定的抗热腐蚀性能;Al涂层表面腐蚀区形成了混合型氧化层,热腐蚀反应会持续进行,抗热腐蚀性能较差。在800℃的疲劳实验后,Al-Si涂层表面生成大量的微裂纹,涂层容易发生开裂,进而引起合金试样快速断裂;Co-Al涂层和Al涂层的合金试样表现较好的抗高温疲劳性能。在高温合金的防护涂层使用中,要充分考虑到涂层的服役环境,对相关性能进行综合评价,选出最适合的防护涂层。      

平纹编织C/SiC复合材料在室温和高温环境下的拉伸行为

通过单向拉伸试验,对比研究平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料在室温和高温(1300℃,包括惰性气氛和湿氧气氛)环境下的宏观力学特性,并采用光学显微镜和扫描电镜对试件断口进行显微观察,分析其损伤模式和破坏机理。结果表明:C/SiC复合材料的室温和高温拉伸行为通常表现为非线性特征,在低应力时就开始出现损伤;纤维与基体之间界面滑行阻力的降低使C/SiC复合材料在高温惰性气氛环境下的拉伸强度和破坏应变均比室温下的高;碳纤维的氧化严重影响材料的承载能力导致高温湿氧环境下的拉伸强度和破坏应变均比室温下的低;C/SiC复合材料室温和高温下的拉伸均呈现韧性断裂,断口较为相似,只是纤维拔出长度和断口的平齐程度有所不同,其中高温惰性气氛环境下纤维拔出最长,高温湿氧环境下试件断口有明显的被氧化痕迹;0°纤维束表面基体开裂、明显的层间分层以及0°纤维和纤维束的拔出和断裂同时携带90°纤维束拔出是C/SiC复合材料在室温和高温下的拉伸破坏机理。     

TiAl合金高温循环氧化行为及其表面改性研究

研究了TiAl金属间化合物及表面涂层在空气中的高温循环氧化行为。结果表明:在800℃时TiAl合金具有较好的抗高温氧化行为,但当温度高于800℃时,TiAl合金表面未能形成单一的Al2O3保护层,而是形成外3层为疏松的TiO2层,内层为TiO2+Al2O3的混合氧化物层,因而使得TiAl合金的抗高温循环氧化性能严重蜕化。TiAl合金经过Cr改性铝化处理后,表面形成了具有立方Ll2结构的Al67Ti26Cr7层,立方Ll2结构的Al67Ti26Cr7不仅具有较高的铝含量,而且具有优良的韧性,因而使得处理后的TiAl合金具有良好的抗高温循环氧化性能。铝化物涂层尽管有很高的铝含量,但由于铝化得到的TiAl3相具有四方形结构,涂层非常脆,故该涂层抗高温循环氧化性能有待进一步提高。     

热压压力对B/Al复合材料组织结构及力学性能的影响

使用表面覆有B4C涂层的硼纤维，采用大气等离子喷涂法制备连续硼纤维增强铝基复合材料预制片，结合真空热压扩散焊制备了纤维均匀分布的B／Al复合材料。探讨在接近铝基体熔点温度的条件下热压压力对复合材料力学性能与B／Al界面结合的影响，分析了B／Al界面结合状态与断口形貌及力学性能之间的关系。研究表明：热压压力对制备的B／Al复合材料的纤维体积分数、B纤维与Al基体的界面结合状态和拉伸强度有显著的影响；纤维表面的B4c涂层有效地防止了B纤维与Al基体间的界面反应，在温度6500C、压力10MPa的条件下，制备的纤维体积分数为42％的B／Al复合材料拉伸强度达到968MPa，达到了纤维理想强度的77％。     

提高胶粘剂质量一致性检验准确率的相关研究

为降低表面质量对粘接副力学性能的影响,提高胶粘剂质量一致性检验的准确率,对胶接试片的表面处理进行了相关研究。针对LY12-CZ铝合金不同的表面处理状态和不同的胶粘剂体系开展了研究,结果表明,磷酸阳极化铝合金粘接副的拉剪强度比未阳极化铝合金粘接副拉剪强度提高了50%,剥离强度提高了162%。磷酸阳极化铝合金剪切试件和剥离试件的破坏模式均为内聚破坏,而未阳极化处理的铝合金剪切试件的破坏模式为混合破坏。     

激光熔覆金属陶瓷涂层连续变温高温氧化行为研究

利用激光熔覆技术在45钢表面制备出不同成分配制的原位自生镍基金属陶瓷复合涂层,涂层表面质量良好。涂层在连续变温条件下高温氧化动力学分析表明,涂层成分不同时,稳定氧化阶段持续时间及剧烈氧化速度均有一定差异。此外,不同成分涂层高温氧化后,氧化层表面形貌、质量及氧化物尺寸、分布均有差别。总体来看,激光熔覆表面处理大大提高了材料表面的高温氧化抗力。     

ZrO2陶瓷热障涂层显微结构及隔热性能研究

用电子束物理气相沉积法(EB-PVD)在DZ125高温合金上制备Y2O3部分稳定化的ZrO2(YSZ)陶瓷热障涂层,并用扫描电镜(SEM)观察涂层显微结构.采用激光脉冲法对EB-PVD热障涂层的热扩散系数进行测试.为防止热扩散系数测试时激光穿透ZrO2陶瓷层,在试样表面制备不同材料的遮挡层.结果表明,EB-PVD热障涂层呈明显的柱状晶结构,柱状晶垂直于涂层/基体界面.基体的热扩散系数随温度的升高而急剧增加,陶瓷热障涂层的热扩散系数随温度的升高呈下降趋势,但变化幅度不大.室温下陶瓷层的热扩散系数小于基体的1/3,1200℃时约为基体的1/67.试样的激光遮挡层很好解决了激光脉冲法测试涂层热扩散系数时的不稳定性和激光穿透问题.在满足遮挡要求的条件下,遮挡层材料种类对热扩散系数测试无明显影响.     

在高温蠕变环境中的热障涂层失效行为

对电子束物理气相沉积(EB-PVD)制备的由NiCoCrAlY粘结层和YSZ(YttriaStabilizedZirconia)陶瓷层组成的双层结构热障涂层,采用标准高温蠕变试验方法,研究了在高温、恒定外载荷作用下热障涂层中各层的形貌变化及裂纹的萌生、扩展,并探讨了涂层的失效过程和机理。垂直于试样轴向的断面观察表明,涂层在外力作用下氧化200h后层间裂纹非常明显,但几乎不发生在热氧化层(TGO)内,而是发生在陶瓷层与TGO层、TGO与粘结层之间,尤其发生在TGO与陶瓷柱状晶之间的等轴晶处。这种层间裂纹是在拉伸应力作用下,合金基体和粘结层发生径向收缩,而陶瓷层和TGO层的应变容限无法满足径向收缩而产生的。     

基体曲率对热障涂层结合强度影响的无损检测研究

 针对复杂型面航空发动机涡轮叶片表面热障涂层(TBCs)的失效问题,采用交流阻抗谱(IS)法和洛氏硬度(RH)压痕法对比研究了制备在平板基体和曲率基体上,热障涂层在热循环过程中微观结构和界面结合强度的演变规律。交流阻抗谱法的结果表明:两种涂层试样的热生长氧化(TGO)层厚度及陶瓷层内裂纹数量均随着热循环时间增加而增长,但曲率试样的微观结构恶化速度更快;洛氏硬度压痕法的结果验证了经热循环后,曲率基体上热障涂层界面结合强度低于平板样品。     

MCrAlX包覆涂层对Ni3Al基合金IC6力学性能的影响

采用真空电弧镀的方法在Ni3Al基合金IC6上涂覆了NiCrAlY,NiCoCrAlY和NiCoCrAl-YHf三种MCrAlX包覆涂层,测试了室温拉伸和1100℃-90MPa高温持久性能.结果表明,这三种涂层对室温拉伸性能均无明显影响,NiCoCrAlY 和NiCoCrAlYHf涂层对高温持久性能也无太大影响,但NiCrAlY涂层却使IC6基体合金的持久寿命大幅度降低.利用扫描电镜和电子探针分析了NiCrAlY涂层在涂覆态和应力持久拉伸断裂状态的显微组织和成分变化,在应力持久拉伸断裂试样中发现了规则块状的AlN,本文认为硬脆AlN在涂层表层中局部的析出可能是导致NiCrAlY涂层基体合金持久寿命明显下降的主要原因.     

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。     

DD6单晶高温合金扭转小角度晶界的拉伸性能

在760℃,850℃和980℃温度条件下,研究了DD6单晶高温合金扭转小角度晶界的横向拉伸性能和断裂特征.结果表明,相同晶界角度的试样,随着温度的升高,DD6单晶高温合金拉伸强度降低.在760℃,850℃和980℃三个温度下,晶界角度分别为10.8°,6.4°,3.8°时,试样出现沿晶断裂,小角度晶界试样的拉伸强度降低.小角度晶界试样沿晶断裂明显降低试样的拉伸塑性.