电子束物理气相沉积叶片热障涂层工艺稳定性提升技术研究

电子束物理气相沉积（EB–PVD）是航空发动机涡轮叶片涂层的先进制备技术。EB–PVD的工艺稳定性对于叶片涂层质量及批产一致性至关重要。本研究针对我国先进航空发动机对高性能热障涂层的应用需求,研制出了EB–PVD自动蒸发沉积技术和叶片多自由度涂层沉积技术。工艺验证和性能测试结果表明,所研制的自动蒸发沉积技术可使涂层过程靶材消耗均匀稳定,涂层质量良好;双坩埚结构配置可进一步满足新一代超高温双层结构热障涂层工艺需求。所研制的多自由度沉积技术有助于提升叶片涂层厚度均匀性,改善缘板涂层质量,实现涂层厚度和微观组织的精确调控。利用上述工艺制备的涂层试片抗燃气热冲击性能优异,模拟叶片缘板位置涂层寿命与模拟叶身位置涂层寿命相近。     

用物理溅射法在碳纤维表面涂覆SiC

采用物理溅射法在碳纤维表面涂覆ＳｉＣ,研究其工艺参数对涂层厚度及性能的影响。结果表明：该方法可在碳纤维表面得到均匀、连续的ＳｉＣ涂层。当涂层厚度适当时,原纤维的强度不受影响,且工艺具有涂覆温度低,沉积速度快的特点。     

激光快速制备Tix Aly-TiN复合涂层

采用激光气体氮化与同步送粉相结合的工艺方法,在Ti-6Al-4V合金表面原位合成了Tix Aly-TiN复合涂层。通过XRD,SEM,OM,EDS,显微硬度测试等手段研究了该复合涂层的物相组成、显微组织、元素分布及显微硬度。结果表明：涂层主要由TiN和Tix Aly 金属间化合物组成;沿激光熔深方向TiN含量下降;Tix Aly 金属间化合物含量上升;涂层无裂纹和孔隙,厚度较均匀,涂层与基体间形成良好的冶金结合;沿激光熔深方向N、Al元素的分布均匀;涂层显微硬度得到显著提高,且从涂层到基体逐渐降低。     

高熔点金属电弧喷涂制模涂层缺陷产生机理及控制术

在利用高熔点金属电弧喷涂技术制作快速模具的过程中,经常产生裂纹,分层剥离和胀起等缺陷,导致涂层缺陷的重要原因是涂层内残余应力.缺陷常发生在涂层最薄弱的位置.改变喷涂工艺,使涂层厚度尽量均匀,增加工艺补充,减少结构的应力集中,可以有效地减少或消除缺陷.     

涂层厚度对AZ91D镁合金WC涂层性能影响研究

采用JP-5000超音速火焰喷涂技术在AZ91D镁合金表面喷涂WC-10Co4Cr涂层。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计等设备和浸泡腐蚀实验来分析WC涂层的组织结构和性能。结果表明：WC涂层均匀、致密,孔隙较少,涂层与基体结合紧密,无裂纹,无剥离;WC发生分解形成W2C,分解率与火焰作用时间有关;随涂层厚度的增加,涂层的显微硬度有增大的趋势;WC涂层提高了镁合金的耐腐蚀性。     

高熔点金属电弧喷涂制模涂层缺陷产生机理及控制

在利用高熔点金属电弧喷涂技术制作快速模具的过程中,经常产生裂纹,分层剥离和胀起等缺陷,导致涂层缺陷的重要原因是涂层内残余应力。缺陷常发生在涂层最薄弱的位置。改变喷涂工艺,使涂层厚度尽量均匀,增加工艺补充,减少结构的应力集中,可以有效地减少或消除缺陷。     

490N远地点发动机抗氧化涂层厚度对性能的影响

针对用于二代490 N远地点发动机推力室的改性硅化物高温抗氧化涂层,重点研究涂层厚度对性能的影响,对不同厚度涂层进行了1700℃静态氧化试验.结果表明:涂层厚度在100 ～200μm内,涂层寿命随厚度变化呈现抛物线规律,低于150 μm时,厚度较高的涂层能够生产更多的SiO2有利于性能提高;高于150μm后,涂层缺陷过多,导致涂层性能下降.综合考虑,涂层最优厚度为140～160 μm.     

刚性隔热瓦组件拉伸强度有限元分析与验证

为研究侧面涂层和应变隔离垫厚度及两者刚度对刚性隔热瓦及组件力学性能的影响,构建一种对称结构的刚性隔热瓦分析模型,进行了拉伸试验和有限元分析。结果表明,在拉伸载荷作用下刚性隔热瓦的应力分布不均匀,具有明显应力集中现象,其拉伸强度水平与最大应力密切相关,随涂层厚度或刚度增加,刚性隔热瓦最大应力上升,拉伸强度降低;当刚性隔热瓦粘结应变隔离垫时,应变隔离垫厚度增加或刚度减小,刚性隔热瓦最大应力下降,拉伸强度增大;当刚性隔热瓦含涂层时,增加应变隔离垫可减缓涂层对刚性隔热瓦的影响;并对有限元分析结果进行了试验验证,计算结果与试验结果吻合良好,表明建立的刚性隔热瓦分析模型合理,揭示了涂层和应变隔离垫参数与刚性隔热瓦失效的关联关系。     

热障涂层厚度及厚度不均热无损检测的数值模拟

研究了热障涂层(TBC)厚度及厚度不均的红外热无损检测(IRTNDT)的建模和基于有限单元法的数值模拟。在柱坐标系下以轴对称模型描述热障涂层结构的瞬态热传导,建立相应的物理模型及有限元模型。用有限元分析软件ANSYS计算涂层结构受热脉冲激励后的温度场,研究热无损检测可检信息参数(如最大温差和最大对比度)与厚度特征参数(厚度差和厚度)的关系。结果表明,在涂层公称厚度一定时,最大温差和最大对比度与厚度差呈非线性关系,它们随着厚度差的增大而增大;在涂层厚度差一定时,最大温差和最大对比度与涂层公称厚度呈非线性关系,它们随着涂层公称厚度的增加而减小。利用计算所得的可检信息参数与厚度特征参数的关系可以反向估计陶瓷层厚度差和厚度。这些研究结果为热障涂层厚度及厚度不均的红外热无损检测及表征提供了基本理论依据。     

镁合金表面火焰喷涂及激光重熔Al-Si合金涂层的研究

采用火焰喷涂及激光重熔工艺在镁合金基材表面制备了Al-Si合金涂层,考察了涂层激光重熔处理前后的组织及性能。结果表明:激光重熔处理前,涂层组织不够致密,涂层硬度较低;激光重熔后,涂层变得组织致密、均匀,元素扩散剧烈,界面呈冶金结合,涂层硬度可高达270HV。激光重熔处理使涂层和基材表面层都发生熔融,涂层厚度大幅增加。分析表明,激光重熔后涂层的组织非常致密,与其成分所对应的合金具有很窄的凝固温度范围即具有很好的铸造性能有关。研究结果表明采用火焰喷涂及激光重熔工艺在镁合金表面制备高质量Al基厚涂层可行。     

机器人磨抛氧化锆涂层工艺研究

使用搭建的机器人自动磨抛平台系统,针对氧化锆热障涂层磨抛工艺开展了研究,旨在通过机器人磨抛加工对涂层厚度及表面粗糙度进行合理控制,提高涂层表面质量。基于Preston理论建立了氧化锆涂层材料的去除模型;通过单因素试验研究了主要磨抛参数对材料去除深度的影响规律,基于正交试验确立了氧化锆涂层材料磨抛最优工艺参数组合和工艺步骤,对航空发动机喉道密封片氧化锆涂层进行了磨抛加工。试验结果表明,在一定范围内,材料去除深度随着磨抛压力及磨抛盘转速的增大而增大,随着进给速度的增大而减小;磨抛压力对材料去除深度的影响较大,磨抛倾角对去除深度的影响较小。机器人磨抛系统采用力控方式实现了定量均匀去除,涂层厚度和表面质量一致性良好,加工效率显著提高,同时也验证了本机器人自动磨抛系统的实用性和优越性。     

航空齿轮涂层材料优选及涂层厚度优化

基于赫兹接触理论建立了齿轮接触有限元分析模型。以Cr/a-C、a-C、B4C/a-C复合陶瓷涂层材料为优选对象和一对典型航空直齿圆柱齿轮为载体,通过齿轮涂层应力场分析,确定了齿轮涂层优选材料及涂层材料最佳厚度。结果表明:B4C/a-C涂层材料与齿轮基体材料具有较好的匹配性,涂层厚度与赫兹接触半宽之比为0.02时,齿轮基体与涂层结合面处剪切应力较小,且此涂层厚度满足磁控溅射涂层制备工艺要求。研究结果为后续齿轮涂层试验件设计提供了理论依据。     

热障涂层喷涂质量微焦点CT检测

采用微焦点X射线源对热障涂层样品进行了高分辨率X射线成像研究,采用多尺度对比度增强算法提高了热障涂层与基体之间的对比度.X射线图像显示热障涂层各处厚度差异较大,热障涂层内部可能存在大量孔隙.通过微焦点计算机层析成像(CT)对样品进行了高分辨率CT扫描与重建,得到了样品的CT重建图像.从热障涂层CT图像观察到热障涂层内部存在大量孔隙,且不同层孔隙尺寸、数量不同.结合3个坐标方向的切片图像分析了热障涂层深度方向的热障涂层厚度,得到了热障涂层厚度的二维分布,测量得到热障涂层平均厚度约为40μm.对沿热障涂层深度方向850~1131层切片图像,利用可视化软件VGstudio MAX得到了热障涂层内部孔隙三维分布.研究结果表明:微焦点CT可用于热障涂层制备工艺质量检测.      

空客A320系列飞机雷达罩防静电涂层电连续性问题研究

详细阐述了空客A320系列飞机雷达罩防静电涂层的作用机理,并依据维修手册,确定了影响防静电涂层电连续性的影响因素。通过试验,确认主要影响因素为防静电涂层的干膜厚度。有效的防静电涂层喷涂用量控制可控制防静电涂层的干膜厚度,从而实现防静电涂层的电连续性测试一次性通过。     

镍基合金表面低温包埋渗制备铝化物涂层的研究(英文)

研究了于镍基合金表面低温包埋渗铝的可行性。包埋渗涂层为双层结构,外层主要由Al3Ni2和Al3Ni相组成,内层主要由Al3Ni2相组成。之后研究了实验条件对涂层微观结构和元素分布的影响。结果显示,除催化剂含量外,其余所有因素只影响涂层的厚度,并不影响其微观结构和元素分布。催化剂的含量既不影响涂层厚度,又不影响涂层的微观结构和元素分布。涂层厚度和沉积时间遵循抛物线规律说明实验进程为扩散控制。然后本文进一步证明了涂层厚度与沉积温度的倒数之间存在线性关系。     

石墨烯涂层在某型航空发动机高涡叶片中的应用

某型航空发动机高压涡轮叶片长期服役后,其前缘处易产生烧蚀脱落现象,严重影响发动机的后续可靠使用.为改善高涡叶片前缘烧蚀问题,通过吹砂、喷涂及烧结等方式在叶片前缘处涂覆石墨烯涂层以作应用研究,结果表明:叶片石墨烯涂层厚度均匀,组织致密,富含ZrO2和Cr2O3,其相关力学、热学性能满足使用要求,经长试后发现石墨烯涂层对叶...     

电子束熔覆改性技术扫描波形设计

根据电子束扫描特性,设计电子束熔覆改性试验所用波形,利用该波形进行钛合金表面熔凝和硅化物涂层重熔试验,研究了扫描波形对电子束单道熔覆能量输入均匀性的影响。结果表明,电子束熔覆过程中熔池表面温度场均匀性是扫描波形、电子束束斑品质、扫描频率和工艺参数综合影响的结果,所设计波形可用于电子束熔覆表面改性技术,改性层厚度均匀一致,扫描波形是影响电子束熔覆过程中熔池表面温度场均匀性的关键因素。     

激光熔覆原位自生TiC耐磨涂层的组织分析

采用激光熔覆工艺在Ti600合金表面制备了以原位自生TiC为增强相的耐磨涂层,并分析了涂层的微观组织,测试了涂层的硬度.结果表明:涂层与Ti600基体呈现良好的冶金结合,组织均匀致密,TiC均匀地分布于TiNiCrAl固溶体构成的涂层基体中.涂层上部为细小的树枝晶组织,中部为发达树枝晶组织.涂层显微硬度大约是基体的3倍.     

陶瓷热障涂层的隔热效果研究

通过理论公式推导和试验测量,得出 :热障涂层的隔热效果与环境温差成正比,但同等环境温差下涂层在更高的温度工作时,由于涂层材料导热系数的增大,其隔热效果减小。涂层厚度与隔热效果在实际涂层应用的厚度范围内也接近线性关系。随着发动机叶片冷却气流换热系数增大,热障涂层的隔热效果也越大,但两者并不是线性关系。涂层隔热效果随导热系数的减小而增大,并且在低导热系数区,热障涂层隔热效果对导热系数的变化更敏感。随着涂层的厚度增大,导热系数的改变所具有的增加涂层隔热效果的作用越大;但涂层越厚,单位厚度涂层导热系数改变所取得的隔热效果越低     

应用于舰载航空电子设备防护涂层综合性能研究

通过对几种常见防腐涂层进行环境试验、物理特性测试后比较它们综合性能,研究了适合舰载航空电子设备使用的涂层类型与建议厚度范围,建议使用环境恶劣的航电设备涂层厚度控制在100 μm左右。