氧化钇含量对YSZ热障涂层抗CMAS腐蚀性能的影响

系统研究大气等离子喷涂不同含量YO_1.5掺杂氧化锆涂层(8YSZ、38YSZ和55YSZ)在1300℃下的环境沉积物(CMAS熔盐)腐蚀行为和机制。结果表明：8YSZ涂层会发生严重的CMAS熔盐腐蚀，在基体与CMAS界面处，通过溶解-再析出，生成非保护性、含Ca和较低Y含量的C-ZrO₂，并有明显的晶界腐蚀现象；对于较高含量YO_1.5掺杂的38YSZ和55YSZ涂层，随着反应的进行，除球状C-ZrO₂外，还生成保护性的磷灰石(apatite)和石榴石(garnet)产物，能够有效阻止CMAS熔盐的进一步侵蚀；并且，55YSZ涂层表现出优于38YSZ的抗CMAS熔盐腐蚀能力。从光学碱度而言，YO_1.5含量越高，涂层与CMAS熔盐的反应活性越高，越容易生成在CMAS熔盐中稳定存在的产物；从反应进程来分析，高YO_1.5含量的涂层材料能够促使Y³⁺在CMAS熔盐中的饱和，进而生成更为稳定、连续的物相(如磷灰石、石榴石)，避免基体材料进一步与C...     

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。     

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...     

铂铝黏结层体系EB-PVD热障涂层的热循环行为

在镍基单晶高温合金基体上采用化学气相沉积法制备铂铝金属黏结层,并采用电子束物理气相沉积制备氧化钇部分稳定化的氧化锆(YSZ)陶瓷面层。研究了黏结层相组成对热障涂层循环氧化行为的影响,借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)和X-射线衍射分析(XRD)等方法分析涂层的相结构、显微组织和化学成分。结果表明：黏结层主要成分包括Ni、Al、Pt、Co和Cr元素并由β-(Ni,Pt)Al相和PtAl₂相组成;经热循环测试后,涂层在热生长氧化物(TGO)和黏结层内部及其界面可能出现剥离;随着热暴露时间的延长,TGO层处的残余应力总体上呈现出逐渐减小的演变趋势;控制铂铝黏结层前驱体活性、Pt/Al元素含量、抑制脆性PtAl₂相生成、改善TGO层/黏结层界面韧性和降低TGO层应力应变水平可有效延长铂铝黏结层体系热障涂层的热循环寿命。     

铜合金表面激光熔覆镍基复合涂层性能分析

铜合金因其优良特性在航空航天领域具有广泛应用。为了提高铜合金的机械性能,通过在镍基合金粉末中添加WC和ZrO₂粉末,利用原位生成的办法成功在铜合金表面制备了Ni基复合增强合金涂层,充分利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、能谱分析（EDS）等表征技术和分析手段对熔覆层的微观组织、物相组成、硬度及耐磨性进行测试。结果显示：复合合金涂层中以WC、ZrC、M₂₃C₆、（W,Zr）C等碳化物为强化相,提高了涂层的硬度。对合金涂层的硬度、常温和高温耐磨性进行测试,复合涂层相比于基体,性能均得到有效提升,硬度从90 HV_0.2提高至620 HV_0.2,表面摩擦系数降低,耐磨性显著提升;尤其对高温耐磨性,提高约20倍。因此,经强化后的铜合金可实际应用于结晶器、火箭内衬材料等的生产与制造。     

电子束物理气相沉积Nd2O3和Yb2O3共掺杂的YSZ热障涂层研究

采用固相烧结的方法制备了10 mol% Nd2O3和Yb2O3共掺杂的YSZ(3.5 mol% Y2O3部分稳定的ZrO2)材料.掺杂材料为t/t'相,而8YSZ则为t/t'与m的混合相.测试结果表明:1 100 ℃时掺杂材料的热扩散系数为4.10×10-7 m2/s,而8YSZ(8 wt.% Y2O3部分稳定的ZrO2)的则为6.41×10-7 m2/s.在200～1 300 ℃温度范围内,掺杂材料的比热容均大大低于8YSZ.电子束物理气相沉积的掺杂材料的热障涂层陶瓷层为树枝晶结构.1 100 ℃下,掺杂材料的热障涂层热循环寿命为350～500 h,而同等条件下8YSZ涂层仅为160～200 h.     

难熔金属及金属碳/氧化物粉体制备技术研究进展

难熔金属及金属碳/氧化物具有高熔点、高温稳定性、强耐腐蚀性等优异特性,在燃气叶片、电子管、火箭引擎、切削刀具、高温热元件、涡轮喷嘴等高温高压、强腐蚀性等环境下被广泛应用。本文介绍了难熔金属及金属碳/氧化物粉体的应用,梳理了难熔金属及金属碳/氧化物粉体的机械法、还原法、燃烧法、溶胶-凝胶法、水热法、微波法、沉淀法、热解法、爆炸法和等离子体法等制备工艺,并比较各种工艺在制备难熔金属及金属碳/氧化物粉体过程中的优缺点;重点评述难熔金属及金属碳/氧化物Mo、W、Ta、WC、ZrC、TiC、CeO₂、ZrO₂、Y₂O₃等粉体的研究现状,并展望了难熔粉体的发展方向,为难熔粉体的制备工艺和应用提供参考。     

ZrO2纳米颗粒含量对AZ91D镁合金微弧氧化膜耐蚀性的影响

为了提高AZ91D镁合金的耐蚀性能,利用单极性脉冲电源制备具有不同ZrO₂纳米颗粒含量的微弧氧化膜层,研究纳米ZrO₂颗粒对AZ91D镁合金微弧氧化膜层耐蚀性的影响。采用扫描电子显微镜观察复合膜层的表面及截面形貌;同时利用X射线衍射仪分析不同ZrO₂纳米颗粒含量的膜层中的相组成;测试样品的电化学腐蚀性能。结果表明：当电解液中加入1 g/L ZrO₂颗粒时,纳米ZrO₂颗粒能够渗入微弧氧化膜层之中,封闭膜中原有的微孔和微裂纹等缺陷,膜层表面质量较好;随着电解液中ZrO₂颗粒含量由2 g/L增加到3 g/L时,膜层的裂纹明显增多,导致腐蚀介质容易进入膜层发生腐蚀,耐蚀性能下降;在电解液中添加纳米ZrO₂颗粒时,1～3 g/L范围内添加1 g/L ZrO₂纳米颗粒的微弧氧化膜层的耐蚀性能最好。     

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。     

溶胶-凝胶法合成ZrO_2-8%Y_2O_3纳米粉体相转变及晶粒生长行为研究

以醋酸为水解催化剂和螯合剂,采用溶胶-凝胶法合成ZrO2-8%Y2O3(8YSZ)粉末,利用XRD、SEM方法研究纳米8YSZ粉末热处理后的相成分、晶粒尺寸和形貌的变化,并分析纳米8YSZ粉末中的晶粒生长行为。结果表明:溶剂中添加乙醇不利于纳米8YSZ粉末四方相(t)的稳定;在400～1200℃范围内,随着热处理温度的升高晶粒尺寸逐渐增大;然而纳米8YSZ粉末的晶粒生长活化能在低温区和高温区有所不同,热处理温度低于800℃时的晶粒生长活化能(9.71kJ/mol)明显小于热处理温度高于800℃时的晶粒生长活化能(43.06kJ/mol),这有利于t-8YSZ在低温下结晶,在高温下保持四方相的稳定性。     

纳米NiO/CNTs复合粒子的制备及其对AP和AP/HTPB热分解的影响

以碳纳米管(CNTs)为载体,采用化学沉淀法制备了不同摩尔比的NiO/CNTs复合粒子,采用透射电子显微镜、X-ray衍射仪、扫描电子显微镜、X射线能谱、比表面积分析仪等表征手段对产物的结构进行了表征,并用差示扫描量热仪研究了NiO/CNTs复合粒子对AP及AP/HTPB推进剂热分解的催化作用。结果表明:NiO/CNTs复合粒子结晶好、包覆均匀、比表面积大。NiO/CNTs(nNiO:nCNTs=1:4)复合粒子可使AP和AP/HTPB推进剂的高温分解峰温分别降低了92.24℃和42.2℃,使总表观分解热分别增加了1 086 J/g和730 J/g,表现出显著的催化性能,其催化性能明显优于纯纳米NiO和纯CNTs。碳纳米管的独特结构和载体支撑作用是NiO/CNTs复合粒子的催化性能强于纳米NiO的主要原因。     

反应火焰喷涂Ti-Ni-C系陶瓷／金属复合涂层

以钛粉、镍粉和碳的前驱体(蔗糖)为原料通过前驱体碳化复合技术制备了Ti-Ni-C系反应喷涂复合粉末,并通过普通氧乙炔火焰喷涂技术成功制备了以TiC为增强相的陶瓷/金属复合涂层.采用XRD和SEM对喷涂粉末和涂层的相组成和显微组织结构进行了分析.研究结果表明:采用前驱体碳化复合技术制备的Ti-Ni-C系复合喷涂粉末有非常紧密的结构;可有效的解决反应喷涂过程中原料粉末分离的问题;喷涂所得到的陶瓷/金属复合涂层具有典型的热喷涂组织特征,其由原位合成的纳米级TiC颗粒分布于金属基体内部形成的复合强化片层组织和TiC和Ti2O3共生聚集片层交替叠加而成;涂层基体以Ni和Ni3Ti形式存在.     

周期换向脉冲法快速电沉积 Al2 O3／Ni 复合镀层

以 Al2 O3微粒为分散相,进行了周期换向脉冲复合电沉积工艺研究,快速电沉积出了 Al2 O3／Ni 复合镀层。利用扫描电镜及能谱分析技术对 Al2 O3／Ni 复合镀层的微观形貌及组成进行了表征,考察了脉冲参数对复合镀层中Al2 O3含量及镀层微观形貌的影响;并就周期换向脉冲电沉积与直流电沉积复合镀层的微观形貌、镀层应力及沉积速率进行比较。结果表明：采用周期换向脉冲法快速电沉积可以得到组织致密、内应力小、沉积速率高的 Al2 O3／Ni复合镀层。     

激光熔覆制备金属间化合物抗冲蚀涂层

采用同轴送粉方法,激光熔覆制备了WC增强Ni3Al金属间化合物基复合涂层,通过试验,优化了工艺参数,对激光熔覆涂层的成分、组织和硬度进行了测试和分析.结果表明,激光熔覆涂层无裂纹和气孔,与基体形成良好的冶金结合,WC颗粒的添加显著提高了涂层硬度.     

A novel method of utilizing static mixer to obtain mixing homogeneity of multi-species powders in laser metal deposition

Real-time mixing of multi-species powder challenges Laser Metal Deposition (LMD) of Functionally Graded Materials (FGMs). The current work proposes a novel method of using a static mixer to realize rapid, uniform multi-species powder mixing. Firstly, copper powder and 316L stainless steel powder are selected to complete the powder mixing observation experiment with Scanning Electron Microscope (SEM) and Energy Dispersive Spectrometer (EDS). Secondly, computational fluid dynamics and particle mixing simulation models are used to analyze the flow field and particle motion characteristics in the static mixer. Finally, LMD experiment and metallographic observation are carried out with 316L stainless steel powder and WC powder to verify the feasibility of the static mixer. This study provides a theoretical and practical basis for powder mixing in laser processing with a static mixer. The conclusions can also be applied to other processing fields requiring real-time and uniform mixing of multi-species powders.     

电子束物理气相沉积LaZrCeO热障涂层微结构与热循环性能

热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)是一种由金属黏结层、热生长氧化物层和陶瓷面层组成的金属-陶瓷复合系统,在先进的航空发动机领域上引起了广泛的关注,但目前先进热障涂层的热循环寿命提升和失效行为研究仍然是一个难点。本研究采用电子束物理气相沉积技术(electron beam physical vapour deposition,EB-PVD)制备LaZrCeO/YSZ双陶瓷层热障涂层,研究热障涂层的相结构、显微组织和失效行为。结果表明:LaZrCeO/YSZ涂层为烧绿石与萤石结构组成的复合涂层材料,LaZrCeO/YSZ涂层的微观结构由羽毛状纳米结构和柱内孔隙组成;在1100℃热循环条件下,LaZrCeO/YSZ双陶瓷层热障涂层展现了良好的热循环寿命;热循环实验后,由于应力累积的作用裂纹在热生长氧化层(TGO)中萌生并扩展,包括水平裂纹和垂直裂纹两大类,进而引起整个涂层体系的不稳定,最终导致涂层失效。     

梯度热障涂层的设计

 采用电子束物理气相沉积方法 (EB PVD)制备了梯度热障涂层,其结构设计为NiCoCrAlY粘结层 /Al₂O₃ YSZ过渡层 /YSZ陶瓷层。YSZ陶瓷层的结构为柱状晶结构,Al₂O₃ YSZ梯度过渡层为梯度微孔结构。采用有限元方法对梯度热障涂层进行热应力分析,优化了Al₂O₃ YSZ梯度过渡层的组成。计算结果表明,梯度涂层的内应力显著降低,而且界面及其附近应力和应变变化较平缓。过渡层厚度的增加有利于降低涂层内应力和缓和涂层界面处的应力集中。     

TiAl合金表面激光重熔Al_2O_3-13wt%TiO_2复合陶瓷涂层组织结构

采用等离子喷涂和激光重熔复合工艺在TiAl合金表面制备了Al2O3-13wt%TiO2复合陶瓷涂层.为了减少重熔层裂纹等缺陷,采用较低的激光功率和能最密度进行重熔.用扫描电镜(SEM),能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析了涂层形貌、微观结构和相组成.结果表明,经过激光重熔处理后,陶瓷涂层颗粒细化,片层状组织得以消失,致密性提高,获得了基本没有裂纹等缺陷的重熔层;激光重熔亚稳相γ-Al2O3转变为稳定相α-Al2O3;由于陶瓷材料导热系数较低的影响,激光重熔时无法使整个陶瓷层实现重熔,重熔后的陶瓷涂层形成了晶粒细小的等轴品重熔区、烧结区以及片层状残余等离子喷涂区.     

High-temperature oxidation behavior and analysis of impedance spectroscopy of 7YSZ thermal barrier coating prepared by plasma spray-physical vapor deposition

Quasi-columnar structure 7YSZ(yttria stabilized zirconia) thermal barrier coatings(TBCs) are prepared by plasma spray-physical vapor deposition(PS-PVD) onto pretreated and un-pretreated bond coating, respectively. An isothermal oxidation experiment of 7YSZ TBCs is carried out in the atmosphere of 950 °C in order to simulate the high-temperature oxidation process of engine blades. The isothermal oxidation process of 7YSZ thermal barrier coatings is investigated systematically by impedance spectroscopy. The electrochemical physical model and equivalent circuit of columnar 7YSZ coatings are established. Results show that the isothermal oxidation kinetic curve of columnar 7YSZ thermal barrier coatings appears to follow the parabolic law. A pretreatment of bond coating can reduce the growth rate of the thermally grown oxide(TGO) layer, restraining the initiation and propagation of microcracks between YSZ and TGO layers. The oxidation rate constants of 7YSZ coatings with pretreated and un-pretreated bond coating are 0.101×10~(-12) cm~2·s~(-1) and 0.115 × 10~(-13) cm~2 ·s~(-1), respectively. Impedance analysis shows that the content of oxygen vacancies decreases and the density increases after the TGO layer is oxidized for 150 h. In addition, shrinkage microcracks formed by sintering during the oxidation process is the main reason for an increase of the capacitance and a decrease of the resistance in the grain boundary of YSZ.     

Coating deposition regularity depended on orientation difference in PS-PVD plasma jet

The YSZ coatings are prepared by the plasma spray-physical vapor deposition (PS-PVD) technology based on a specific experimental design. The structure, thickness and growth angle of YSZ coatings on the entire circumferential surface of the cylindrical sample are studied. The results indicated that the structure, thickness and deflection growth angle of YSZ coatings are related to the orientation of deposition location. The numerical simulation of the multiphase mixed fluid near the substrate is carried out and the deposition regularity and mechanism of YSZ coatings prepared by PS-PVD is deduced. The growth rate is related to the local characteristics of the plasma flow field, and is directly proportional to the field pressure and inversely proportional to the field velocity. The growth angle of the coating is generally affected by the flow direction of the plasma jet. Especially, the normal component of velocity vector, V_norm, mainly affects the speed at which the coating grows vertically upwards. The tangential component of velocity vector, V_tan, determines the degree that the coating growth direction deviates from the vertical direction. When V_tan ≠ 0, the coating forms a fine column with a certain deflection angle and finally develops into an oblique columnar structure.