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.     

热障涂层杨氏模量和泊松比的测试

为了降低航空发动机热端部件的温度,空气等离子喷涂已被广泛地应用。为确定热障涂层的残余应力、结合力、断裂韧性、疲劳裂纹扩展速率等性能和特性,需要知道其杨氏模量和泊松比。因为涂层厚度非常薄且使用时是结合在基体上的,所以需要一个能够在原处测量涂层的杨氏模量和泊松比的方法。采用等离子喷涂工艺在GH150高温合金上喷涂了MCrAIY和陶瓷层,利用一种改进的悬臂梁方法测量了热障涂层的杨氏模量和泊松比。这种无损测试方法为测定其他薄膜材料的杨氏模量和泊松比提供了借鉴。     

频率选择表面传输特性的温度循环效应

根据国家军用标准GJB 150-86对不同涂层材料和加工工艺的频率选择表面(FSS,Frequency Selective Surfaces)进行了温度循环的环境模拟试验,通过比较温度循环前后FSS的谐振频率、传输损耗、频带宽度和入射角稳定性等传输特性的差异,考察FSS在温度循环条件下的性能稳定性.结果表明,温度循环对不同材料和工艺的FSS的传输性能有较大影响,主要表现在FSS的传输损耗和频带宽度两方面.不同FSS在经过温度循环后,谐振频率下的传输损耗增大0.5~3倍,入射角越大增大的幅度越大;频带宽度增加50%~70%,不同的FSS增加的幅度不同.而对谐振频率和入射角稳定性的影响根据不同的FSS而不同,但对二者的影响都不明显.与简单振子FSS相比,组合振子FSS的传输性能受温度循环的影响较大.      

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.      

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。     

热障涂层在线/离线磷光温度测量技术研究进展

精确测量涡轮叶片表面热障涂层温度对航空发动机和地面燃气轮机设计和研制具有极其重要的意义。近年来,基于热像磷光材料磷光特性的热障传感涂层在线测温技术与热历史磷光涂层离线测温技术得到了迅猛发展。前者通过在线测量高温下磷光信号来获取实时温度信息,后者通过离线测量经高温服役后的磷光材料不可逆磷光信号变化来获取服役温度信息。这两项技术都适用于高温、高腐蚀环境下热障涂层非干涉、非接触式和高精度温度测量,具有广阔的应用前景。从热障涂层在线/离线测温原理与方法、磷光材料与制备及应用3个方面详细介绍了热障涂层在线/离线测温技术的研究现状与技术特点,并对这两种技术的发展进行了展望。     

新型铝包镍涂层在航空维修上的应用研究

针对航空维修中零件磨损、腐蚀等故障,采用超细铝粉包覆镍芯核制备铝包镍复合粉末,利用等离子喷涂工艺在不锈钢基体上制备涂层,通过扫描电子显微镜和能谱仪等方法分析、观察涂层的组织及结构,测试涂层的结合强度和显微硬度。结果表明涂层可应用于零件尺寸修复。     

环氧改性有机硅/Al-Sm_2O_3复合涂层的耐温性能

以Al粉、Sm_2O_3为颜料,环氧改性有机硅为黏合剂,采用喷涂法制备了环氧改性有机硅/Al-Sm_2O_3复合涂层。研究了不同耐热温度及耐热时间对涂层外观、微结构、近红外反射率、红外发射率及力学性能的影响。结果表明:所制备涂层在300℃下热处理5 h后,其外观、微结构保持不变;发射率和1.06μm近红外反射率可分别低至0.607和64.7%;涂层的硬度、附着力和耐冲击强度等力学性能可分别保持在4 H、1级和50 kg·cm;所制备涂层在250℃下热处理100 h后,其外观、微结构仍然保持不变;发射率和1.06μm近红外反射率可分别低至0.624和67.1%;涂层的硬度、附着力和耐冲击强度等力学性能可分别保持在4 H、1级和50 kg·cm。     

Friction and Wear Properties of Amorphous Carbon Nitride Coatings in Water Lubrication

The friction and wear properties of amorphous carbon nitride(a-CN x)coatings in water lubrication were reviewed.The influences of mating materials and tribological variables such as normal load(W)and sliding speed(V)on the friction and wear properties of the a-CN x coatings were analyzed.It was indicated that the specific wear rate of the a-CN x coatings was related to the hydration reaction of mating materials with water.If the mating materials were easily hydrated,the specific wear rate of a-CN x coatings was low.The water-lubricated properties of the a-CN x coatings were better in comparison to the a-C coatings.The a-CN x/Si-based non-oxide ceramics tribo-pairs exhibited the lowest friction coefficient and wear rate.To describe their friction and wear properties at the normal loads of 3—15Nand the sliding speeds of 0.05—0.5m/s,the wear-mechanism maps for the a-CN x/SiC(Si3N4)tribo-pairs in water were developed.     

飞机连接结构防护涂层老化损伤量化评估方法

飞机连接结构防护涂层体系的老化过程具有多属性、模糊性和动态性的特点,综合量化评估防护涂层体系老化损伤程度对保障飞机连接结构的功能和使用安全具有重要作用。本文分析了现阶段的涂层老化损伤评级方法,提出了用等级描述老化损伤程度的量化评估技术途径,建立了基于模糊综合评判的量化评估方法。在国标、ISO和ASTM标准给出的单项评级方法的基础上提出了适用于飞机连接结构防护涂层体系老化损伤的单项评级方法,确定了因素集和评价集。采用专家打分法统计得到了各因素的权重分配,确定了权重集。选用正态分布隶属函数来确定评价矩阵,给出了隶属函数参数的计算方法和结果,建立了评价矩阵的确定方法。进行了某型飞机机翼上下表面连接部位模拟试件的加速腐蚀试验,采用本文提出的量化评估方法对防护涂层体系的老化损伤进行了评估,确定了老化损伤等级,评估结果与试验结果相符,与腐蚀动力学规律一致,从而验证了本文提出的方法。