层级孔喷涂粉末构筑及新一代长寿命热障涂层材料的研究进展

广泛应用于航空发动机和地面燃气轮机中的热障涂层具有低热导率和良好的耐温性能，能够降低涡轮叶片表面温度，使高温结构件能在高于其熔点的环境中长时间高效率的服役。热障涂层的性能和寿命受到陶瓷层材料与其结构的直接影响，采用可控原料粉末对陶瓷涂层进行微观结构调节的方法可以减少涂层中的应变-应力失配，具有操作灵活、效果显著、调控范围广等优势。针对传统热障涂层应变容限低，抗热震性能不足等问题，本团队开发了静电喷雾技术结合相分离原理（ESP）制备新型热喷涂微球粉末的造粒理论和实现方法，实现了对粉末形貌结构的精确构筑，可用于制备核壳、均质和层级孔等全体系喷涂微球粉末。与传统的喷涂粉末相比，其中层级孔微球粉末（由特殊的纳米-微米层级跨尺度孔构成）呈现耐烧结、低热导率、高比强度及95%以上的高温波段反射率特点。使用层级孔微球粉末喷涂的热障涂层由于层级孔特征结构的保留，展现出优异的力学性能和隔热性能，热循环寿命提升2倍以上，热导率下降50%以上，且在服役过程中体现出良好的抗烧结性能。ESP造粒技术为新型热障涂层材料从材料设计到工程应用提供了一种快速的涂层性能调控方法，现已成功应用于稀土锆酸盐、稀土钽酸盐和稀土...     

航空发动机和工业燃气轮机热喷涂热障涂层用金属黏结层:回顾与展望

超音速火焰喷涂制作的金属黏结层加料浆喷涂制作的柱状晶结构陶瓷隔热层被视作新一代航空发动机和燃气轮机用热喷涂热障涂层,其中采用的MCrAlY金属黏结层正朝着长寿命、低成本、适用于新燃料的方向发展。本文综述近年来航空发动机和燃气轮机热端部件热障涂层用MCrAlY金属黏结层研究进展,并对涂层的结构设计与成分设计进行探讨。     

等离子喷涂碳化钨涂层

阐述了等离子喷涂Ｄ９（包覆型）、Ｓ７（烧结型）以及Ｓｔｅｌｌｕｎｄｕｎ５２Ｆ三种ＷＣ－Ｃｏ粉末的涂层组织结构／性能与喷涂工艺参数的关系。采用金相检验和Ｘ射线衍射分析等方法评定涂层的组织结构，同时测定了涂层的显微硬度和结合强度等性能。文章还讨论了喷涂时ＷＣ－Ｃｏ粉末脱碳的变化规律，以及提高等离子喷涂ＷＣ－Ｃｏ涂层质量的途径。     

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。     

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.     

新型多组元复合粉末等离子喷涂工艺研究

多组元复合粉末制备的可磨耗封严涂层在先进航空发动机中已经广泛应用。本文对新型多组元粉末制备可磨耗封严涂层的工艺进行了实验设计(DOE),结果表明等离子喷涂时的氩气流量和氢气流量对封严涂层硬度值影响最大,经过优化后涂层的硬度可达到5.4～5.5mm的压痕直径,满足先进航空发动机封严涂层维修要求。     

铜基等离子体喷涂钨涂层性能

阐述了钨涂层微观结构影响机理以及涂层性能。通过等离子体喷涂工艺参数及微观形貌分析涂层微观结构和参数对涂层性能的影响,工艺参数主要包括喷涂功率、喷涂距离、送粉气量等。结果显示钨涂层是由钨粒子熔融沉积平铺成"圆饼状"或"花瓣状"的单层叠加而成,单层呈现柱状晶微观结构,厚度约10μm、直径约50μm的"圆饼状"单层是状态比较好的涂层结构。钨粒子熔化状态、沉积速率以及喷涂环境决定了熔化粒子的沉积形貌;与大气喷涂相比,真空喷涂钨涂层气孔率低、传热性能和结合性能较好,适合作为面对等离子体材料的制备技术。     

超音速火焰喷涂——宇航材料研究的重要工艺

叙述了用超音速火焰喷涂系统制备的硬质合金涂层的性能。喷涂设备为ＭＥＴＣＯ公司的Ｄ．Ｊ超音速火焰喷涂系统，材料为国产ＹＧ１２烧结粉末。作者利用Ｘ衍射、扫描电镜、金相分分析、力学性能检测等手段，对涂层的相结构、微观组织、力学性能进行了测试和研究。结果表明，硬质合金涂层结合强度大于７０ＭＰａ，孔隙率小于１％，涂层无脱Ｃ现象，涂层极限厚度可达１ｍｍ，抗摩擦磨损，颗粒主员性能非常好。     

激光熔覆工艺的应用

激光熔覆具有广阔的发展前景,潜力很大,经济效益可观,引起国内外广泛的关注,并投入人才物力进行研究。 航空发动机钛合金和镍基合金摩擦副的接触磨损是发动机使用和维修中的一大难题,利用激光熔覆技术则可获得优良的涂层,为燃气涡轮发动机零件的修复开创了一个新途径。该工作研究了激光表面熔覆高温耐磨涂层的激光喷涂技术,在DZ4合金基体上,喷涂CoCrW合金粉末和WC粉末的机械混合物,厚度为0.3mm,提高了高温耐磨及抗腐蚀性能,对镍基合金制造的航空发动机涡轮叶片,利用激光熔覆技术熔覆钴基合金,提高了耐热耐磨性能,与热喷镀等方法相比,缩短了涂层制备的时间,质量稳定,且消除了由热影响可     

Effect of Thermal Treatment on the Grain Growth of Nanostructured YSZ Thermal Barrier Coating Prepared by Air Plasma Spraying

采用大气等离子喷涂制备了纳米结构氧化钇稳定的氧化锆热障涂层。运用SEM，TEM和XRD等方法研究了涂层和原料粉末的微观结构和相组成。结果表明，喷涂过程中平均晶粒大小由40nm变为67nm，涂层主要由亚稳四方相组成。涂层热处理结果显示，900℃以下晶粒长大速度缓慢，然而1000℃以上晶粒长大速度迅速增加，而且出现较多的单斜相。     

等离子喷涂Al_2O_3涂层的电击穿机理

采用大气等离子喷涂技术在铜基体上沉积了Al2O3涂层。采用XRD和SEM对涂层微观结构进行了表征。通过探讨孔隙率和吸潮行为对绝缘性能的影响,分析了等离子喷涂Al2O3涂层结构与电绝缘失效机理的关系。结果表明:等离子喷涂Al2O3涂层较致密,界面结合较好。随涂层厚度不同其孔隙率在5%~7%范围变化。等离子喷涂Al2O3涂层结构中的孔洞是电绝缘失效的主要部位且呈典型电晕击穿形貌。电晕击穿诱发的裂纹沿击穿方向扩展形成击穿隧道。击穿方向与电极极性无关而由击穿孔洞位置决定。涂层厚度与涂层击穿强度呈现倒数关系。吸潮会诱发导电通路形成降低Al2O3涂层抗击穿能力。     

高速电弧喷涂FeNiCrAl涂层制备工艺对涂层性能影响

FeNiCrAl涂层是一种用作轴类零部件的表面耐磨防护材料,为深入研究高速电弧喷涂工艺对FeNiCrAl涂层性能的影响机理,对不同喷涂参数下制备的涂层的组织结构、结合强度、物相组成和显微硬度等性能进行分析表征,探究“喷涂电流-涂层组织结构-结合强度”之间的关系。结果表明：喷涂电流对涂层的组织致密性及结合强度影响较大;喷涂电流200 A、电压34 V、喷涂距离160 mm的工艺参数下制备的FeNiCrAl涂层组织致密,孔隙率约8.76%,结合强度52.3 MPa,涂层硬度约626 HV0.1,约为基体硬度的1.6倍;影响机理与Fe-Al金属间化合物和Cr0.19 Fe0.1 Ni0.11固溶体在涂层内部均匀弥散分布有关。     

镍铝氮化硼封严涂层喷涂工艺研究

以镍铝包氮化硼粉末为喷涂材料,采用大气等离子喷涂工艺制备高温封严涂层,以扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等方法分析、观察了涂层的组织及结构,测试了涂层的结合强度和表面洛氏硬度。结果表明:涂层呈典型的层状结构,由镍铝金属化合物、氮化硼多相组成,涂层与基体结合强度为10.57MPa,涂层表面洛氏硬度为74.8(HR15Y),涂层抗热震性能良好。     

冷喷涂工艺参数对TC4涂层性能的影响

为了研究冷喷涂技术在TC4基板上沉积TC4涂层的性能,分析了喷涂气体种类和温度对涂层孔隙率、硬度和粉末利用率的影响规律。采用N_2和He两种气体以及400、500和600℃进行喷涂工艺试验研究。结果表明:在He或者N_2下,温度越高,制备的涂层越致密,涂层硬度越高,粉末利用率也越高;相同气体温度条件下,采用He制备的涂层较N_2更加致密,涂层硬度更高,粉末利用率也较N_2高。采用He、气体温度600℃、喷涂压力0.9 MPa,制备的涂层孔隙率低到0.8%,硬度达到440 HV0.2,硬度相对基体提高33%,粉末利用率高达88.2%。     

等离子喷涂纳米结构8%Y2O3-ZrO2热障涂层研究

研究了纳米结构8%Y2O3-ZrO2(YSZ)热障涂层(TBCs)的等离子喷涂工艺及其组织性能.使用大颗粒纳米结构8%Y2O3-ZrO2粉末,在一定的等离子热喷涂条件下制备出纳米结构TBCs,然后分别进行1 000℃、1 100℃和1 200℃至室温(约20℃自来水)的热震试验,通过光学金相、扫描电镜、透射电镜等分析手段,对涂层进行了形貌、微观结构分析.结果表明,同传统的微米粉体制备的传统TBCs比较,纳米结构TBCs热震寿命更高.     

复杂型面自动喷涂关键技术研究

针对航空零件复杂型面进行自动喷涂关键技术研究,在总结人工喷涂工艺的基础上,计算喷涂房风量、等离子喷枪喷涂距离和喷涂位姿对羟基磷灰石涂层的影响,设计开发航空零件复杂型面自动喷涂单元,实现航空复杂零件的自动化喷涂,提高产品质量和稳定性,减少环境污染.     

反应等离子喷涂Fe-Ti-C复合粉末制备金属陶瓷涂层的组织形成机理

以蔗糖为碳的前驱体、TiFe粉为原料制备Fe-Ti-C系反应热喷涂复合粉末,通过等离子喷涂沉积TiC/Fe金属陶瓷涂层,利用"淬熄试验"研究涂层组织形成机理.采用XRD和SEM分析喷涂粉末、涂层以及淬熄粒子的组织结构.结果表明:每个复合粉末团粒构成独立的反应单元,在喷涂飞行过程中首先出现Ti-Fe液相,然后整个团粒发生球化;熔化的团粒内部生成大量细小TiC颗粒,表层有少量TiC聚集,与基板碰撞后形成复合强化片层与TiC聚集片层交替叠加的涂层结构;随飞行距离增大,团粒外部TiC聚集层增厚,内部TiC颗粒减少,碰撞扁平化程度降低;最终涂层由TiC和Fe两相组成,大量亚微米级TiC颗粒呈内晶型均匀分布于Fe基体中.     

超音速火焰喷涂涂层评析

超音速火焰喷涂由于具有焰流速度快、焰流长、直径收缩小、粉末动能和能量密度大等特点,使其涂层呈现致密、氧化物含量和未熔颗粒少、孔隙率低、结合强度高、加工性能好、不易剥落等特性。本文叙述了等离子喷涂、火焰喷涂和超音速火焰喷涂3种喷涂试验,并对获得的涂层进行了对比、分析、评价,说明了超音速火焰喷涂的优越性。     

等离子喷涂在直九尾桨构件中的应用

等离子喷涂在直九尾桨构件中的应用北京航空航天大学魏元生多年来，等离子喷涂技术在机械、矿山及纺织机械等领域应用较为广泛。而在航空结构的设计中，由于其涂层质量不稳定及结合性差，一直不敢广泛采用，仅在发动机燃烧室采用非磨擦性热障涂层。本文介绍了直九引进工程...     

不同工艺粉末对超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层性能的影响

对比分析了采用烧结破碎和团聚烧结工艺制备的两种WC-10Co-4Cr粉末的物理性能和物相组成。采用超音速火焰喷涂技术对两种粉末进行了涂层制备,并对两种涂层的性能进行对比评价,结果表明:团聚烧结粉末制备涂层的硬度、孔隙率和抗冲蚀磨损性能均优于烧结破碎粉末制备涂层,但其结合强度略低于烧结破碎粉末制备涂层。