表面处理对17-4PH不锈钢抗固体粒子冲蚀性能的影响

为对比研究表面处理对17-4PH不锈钢抗固体粒子冲蚀性能的影响,在17-4PH不锈钢表面进行了多弧离子镀陶瓷/金属多层膜制备、激光表面合金化(LSA)处理和超音速火焰喷涂(HVOF)硬质合金层处理,利用划痕仪、自组装的不锈钢抗固体粒子冲蚀(SPE)装置、多冲疲劳试验机对上述三种表面处理试样的小攻角和大攻角SPE失效行为和机理进行了研究。结果表明,微切削是17-4PH不锈钢及其表面改性试样小攻角下固体粒子冲蚀破坏的主要失效机制,多冲型疲劳破坏是17-4PH不锈钢及其表面改性试样大攻角下固体粒子冲蚀的主要失效机制。HVOF WC-17Co涂层可显著提高17-4PH不锈钢30°小攻角和90°大攻角下SPE抗力。激光表面合金化层能够改善17-4PH不锈钢抗30°小攻角和90°大攻角下SPE性能,但SPE性能改善效果弱于HVOF喷涂涂层。TiAl N/Ti多层膜不能显著提高17-4PH不锈钢抗30°小攻角和90°大攻角的SPE性能。     

等离子-物理气相沉积硅/莫来石/硅酸镱环境障涂层的高温防护和耐热冲击性能研究

通过SiCf/SiC复合材料表面等离子喷涂(APS)硅黏结层和莫来石中间层,等离子-物理气相沉积(PS-PVD)制备硅酸镱面层,喷涂的整个环境障涂层体系组织致密,PS-PVD工艺制备的硅酸镱为层状结构,孔隙率＜1％.研究了 SiCf/SiC复合材料环境障涂层的抗静态氧化、循环氧化、水汽腐蚀和热冲击性能,发现复合材料表面...     

纳米结构热障涂层的制备与性能研究

为充分发掘氧化锆(YSZ:ZrO2-6wt%Y2O3)基热障涂层的潜力,利用纳米级的YSZ粉末作为陶瓷涂层原材料,分别对采用等离子喷涂(APS)和电子束物理气相沉积(EB-PVD)沉积具有纳米结构陶瓷涂层的工艺过程进行全面研究.对比性试验结果表明,涂层中引入纳米结构使热障涂层具有更高的隔热效果,更高的硬度以及更高的抗剥落能力.并对纳米结构陶瓷涂层微观结构的高温稳定性进行研究分析.     

NiCr基多元复合润滑涂层的耐磨性能研究

研究可在较宽温度范围内使用,且保持良好润滑效果的金属基固体润滑复合涂层具有重要意义。利用高能效超音速大气等离子喷涂分别制备NiCrAl-Cr_2O_3-BN-MoS_2(简称BN-MoS_2)和NiCr-Cr_2O_3-Ag-CaF_2/BaF_2(简称Ag-CaF_2/BaF_2)多元复合润滑涂层,对比分析涂层结构对其结合强度、表面硬度及其高温下耐磨性能的影响规律。结果表明,相较于BN-MoS_2涂层,Ag-CaF_2/BaF2涂层结构致密,润滑相分布均匀,其结合强度为38.2±1.2MPa,比BN-MoS_2涂层高49.2%,而表面洛氏硬度仅高4.5%。随温度升高,BN-MoS_2涂层的平均摩擦系数变化不明显,而Ag-CaF_2/BaF_2涂层降低了25%,其中,600℃时Ag-CaF_2/BaF_2涂层平均摩擦系数比BN-MoS2涂层低22.2%。在400℃时,BN-MoS2涂层的磨损深度比Ag-CaF2/BaF2涂层高出22.5%;温度升高至600℃时,BN-MoS_2涂层和Ag-CaF_2/BaF_2涂层的磨损深度降低。由上述结果可知,在400℃～600℃时,Ag-CaF_2/BaF_2涂层的润滑性能和耐磨性能均优于BN-MoS_2涂层,且其在600℃时效果最佳。     

离子辅助电弧沉积ZrN梯度涂层抗固体粒子冲蚀行为研究

为有效提高2Cr13不锈钢表面大攻角固体粒子冲蚀(SPE)抗力,利用离子辅助电弧沉积技术在氮化预处理的2Cr13钢表面制备了不同结构、不同厚度的ZrN梯度涂层,研究了涂层结构和厚度对膜基结合强度、涂层显微硬度、韧性、动静态承载能力以及抗固体粒子冲蚀行为的影响。结果表明:将合理结构的ZrN梯度涂层与离子氮化有机复合,能够获得承载能力高、界面应力应变协调性好、结合强度高、强韧性配合合理,抗多冲疲劳和抗塑性流变性能优的复合改性层,其90°大攻角SPE抗力显著高于2Cr13不锈钢基材。ZrN梯度涂层的SPE抗力同时与涂层厚度密切相关,当ZrN梯度涂层较薄时,其协调变形能力及承载能力较低,在冲击载荷作用下容易出现脱层失效,因而SPE抗力较低;当ZrN梯度涂层太厚时,涂层韧性和内聚强度降低,内部残余应力较大,受外界冲击载荷作用时容易出现局部脱层,因此SPE抗力亦不高。     

等离子物理气相沉积热障涂层研究进展

等离子物理气相沉积(plasma spray-physical vapor deposition,PS-PVD)是一种最近发展的功能薄膜与涂层制备技术。该技术结合了等离子喷涂(PS)和物理气相沉积(PVD)两种技术的特点,可以实现气、液、固多相的快速共沉积,进行涂层/薄膜微结构的高度柔性加工,并可实现复杂工件遮蔽区域的非视线均匀沉积,在热障涂层、环境障涂层、超硬耐磨涂层、透氧膜和电极膜等领域具有广阔的应用前景,被认为代表了高性能热/环境障涂层制备技术的发展方向。本文综述了PS-PVD的工作原理、技术特点以及近年来国内外在PS-PVD热障涂层制备科学和沉积机理等方面的研究进展,展望了新型高性能热障涂层制备技术的研究热点及未来的发展方向。     

基于微观结构的热障涂层冲蚀机理数值分析

冲蚀对热障涂层寿命和可靠性会造成严重影响,为深入研究热障涂层冲蚀失效机理,建立了等离子喷涂和电子束物理气相沉积两种热障涂层典型微观结构有限元模型,同时采用LS-DYNA软件模拟了热障涂层冲蚀失效过程。分析了不同微观结构对热障涂层冲蚀失效机理的影响,研究了冲蚀粒子的速度、角度和直径对冲蚀率的影响。结果表明:微观结构对冲蚀机理有极其重要的影响,无因次冲蚀率随冲蚀粒子的速度、角度和直径的增大而增大。此数值模拟方法可为进一步研究热障涂层的抗冲蚀性能提供参考。     

激光重熔Al_2O_3-13% TiO_2复合陶瓷涂层抗冲蚀性能

为了进一步提高TiAl合金表面等离子喷涂Al2O3-13%TiO2(质量分数,下同)复合陶瓷涂层的抗冲蚀性能,采用激光重熔工艺对涂层进行处理,研究了激光重熔对涂层微观组织和抗冲蚀性能的影响,并讨论了陶瓷涂层的冲蚀机理。结果表明,激光重熔处理会形成致密细小的等轴晶重熔区,导致涂层有更好的抗冲蚀性能。激光重熔试样仍表现为典型的脆性冲蚀特性,以近表面的裂纹萌生和扩展,最终导致重熔层破碎、晶粒剥离为主。     

等离子喷涂(RE–Al)TaO4钽酸盐环境障涂层性能研究

陶瓷基复合材料作为广泛应用于航空航天领域的先进结构材料,在实际服役环境中依赖于环境障涂层的保护作用,钽酸盐以其优异的高温热–力学性能和与陶瓷基复合材料适配的热膨胀系数((3.5～5.5)×10^–6 K^–1)成为极具潜力的环境障涂层材料。通过大气等离子喷涂(Atmospheric plasma spraying,APS)工艺在碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料(SiC_f/SiC)表面成功制备了(AlTa_x)B_2–2xO₄/(RE–Al)TaO₄复合涂层,探索了涂层的最佳热处理工艺条件,同时对不同涂层结构方案的复合材料涂层试样进行1300℃热疲劳考核和弯曲强度测试,筛选出具有最优抗热疲劳性能的涂层结构,并通过XRD、SEM以及金相显微镜对涂层的表面形貌、裂纹扩展及元素分布进行了分析表征,相对于传统材料涂层,钽酸盐复合涂层以其在高温下优越的综合性能成为极具潜力的环境障涂层。     

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。     

喷丸强化对AISI 420不锈钢固体粒子冲蚀行为的影响

研究了喷丸强化(SP)对AISI 420马氏体不锈钢抗同体粒子冲蚀(SPE)行为的影响.探讨了喷丸引起的表面残余压应力,表面粗糙度增大和表面加工硬化等三因素对SPE抗力的作用机制.结果表明:SP处理对AISI 420不锈钢在30°攻角下的SPE抗力无明显影响,但却降低了该钢在90°攻角下的SPE抗力.SP处理后进行表面抛光,则使该钢在两种攻角下的SPE抗力均得以提高.SP三因素对SPE抗力的作用机制主要有:表面粗糙化增大了试样表面对冲蚀粒子的有效暴露面积,因而降低了不锈钢在两种攻角下的SPE抗力;表面残余压应力能够有效抑制疲劳裂纹萌生和早期扩展,因而能有效提高AISI 420不锈钢的SPE抗力,特别是对90°垂直冲击条件下SPE抗力的提高作用更为明显;表面加工硬化提高了材料表面的微犁削抗力,因而对提高AISI 420钢在30°攻角下的SPE抗力有贡献,但是表面加工硬化层的抗多冲疲劳性能差,却不利于AISI 420钢在90°攻角下抗SPE性能的改善.     

锆酸镧涂层高温结构演变及热导性能

采用固相反应法制备 La2Zr2O7原料粉体,经喷雾造粒后,采用大气等离子喷涂工艺(air plasma spray,APS)制备 La2Zr2O7涂层。重点研究 La2Zr2O7 涂层在高温长时间条件下的物相组成、微观结构以及导热性能。结果表明:La2Zr2O7涂层具有烧绿石单相结构,密度平均值为 5.24 g cm^3,相成分及密度均不随热处理时间的延长而发生明显变化;初始态涂层内部存在大量非晶态结构,能够有效阻碍声子的传递,涂层热导率可低至 0.392 W·m^-1· K^-1;经高温热处理后,非晶态结构逐渐转变为晶态结构,声子传递效率明显提高,导致涂层热导率显著上升;同时,热处理后的涂层高温热导率的回升现象明显减弱。     

三种热障涂层制备技术对比

热障涂层(TBC)的制备技术不断更新,从等离子喷涂到电子束物理气相沉积,使TBC的质量得到了明显的提高,而化学气相沉积法则在设备成本的降低和对复杂部件的适用性方面显示出巨大的潜力。本文分析比较了3种制备TBC的方法。     

等离子喷涂LaTi2Al9O19热障涂层的微观组织结构及热物理性能

 第一代热障涂层(TBCs)由氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)陶瓷隔热层和金属粘结层组成,该涂层长期使用温度低于1 200℃。随着先进航空发动机向着高推重比发展,迫切要求发展新一代超高温、高隔热热障涂层材料。LaTi₂Al₉O₁₉(LTA)在1 500℃长期保持相稳定,是一种非常有前景的超高温热障涂层候选材料。本文采用大气等离子喷涂(APS)制备了LTA涂层,研究了喷涂工艺对涂层微观组织结构和热物理性能的影响。结果表明沉积态涂层中含少量的非晶态,在860℃和1 130℃出现晶化峰。等离子喷涂过程中La₂O₃挥发量较多,导致沉积态涂层中La元素与原始粉末相比含量偏低,而其他组分的化学成分随喷涂功率变化不大。LTA涂层的热扩散系数在1 400℃下为0.3~0.4 mm²·s^-1,热导率为1.1~1.6 W·m^-1·K^-1。1 050℃经过20小时热处理后,得到晶化的涂层在晶化温度范围内的热扩散系数和热导率值均增大。随着喷涂功率减小,涂层孔隙率增加,热导率减小。     

热障涂层在航空发动机涡轮叶片上的应用

本文分析了热障涂层(TBCs)技术应用于发动机涡轮叶片上的必要性,介绍了热障涂层在国外发动机涡轮叶片上的应用情况及国内的发展状况,同时还比较了等离子喷涂和电子束物理气相沉积两种主要制备方法的优缺点,最后展望了热障涂层的应用前景.     

APS热障涂层氧化动力方程适用性实验

使用实验的方法研究了大气等离子喷涂(APS)热障涂层在4种不同高温环境下的氧化层生长规律, 并且使用目前常见的两种氧化层生长动力学曲线方程拟合了涂层氧化的实验数据, 分别得到了相应的方程特征参数值.研究结果表明:APS热障涂层在所研究的4种温度下的动力学曲线形式上是一致的;抛物线形式的动力学方程只能描述较高温度下的氧化层生长规律, 而幂函数形式的动力学方程对氧化温度的适应能力比较强, 能很好的描述在所研究的4种温度下APS热障涂层的生长规律.      

等离子体辅助电子束物理气相沉积制备热防护涂层

电子束物理气相沉积(Electrom Beam-Physical Vapor Deposition,EB-PVD)是制备航空发动机热防护涂层的一种重要技术手段。采用等离子体辅助技术可进一步实现EB-PVD涂层的结构改性和性能提升。对等离子体辅助EB-PVD技术的研究现状进行了简要综述,并对等离子体辅助EB-PVD制备航空发动机MCr Al Y抗氧化涂层、氮化物抗冲蚀涂层及YSZ热障涂层研究进行了介绍。     

纳米Al2O3添加对ZrO2涂层显微结构与性能的影响

以纳米Al2O3,和ZrO2为原料,利用大气等离子喷涂技术(APS)沉积了ZrO2,ZrO2-15%Al2O3,(体积分数,下同)和ZrO2-30%Al2O3三种涂层.运用FESEM,SEM,TEM,XRD和Raman Spectroscopy等分析技术对涂层相组成、显微结构进行了确定.测定了涂层的结合强度、显微硬度等性能.结果表明:Al2O3添加并不改变ZrO2涂层主晶相组成,但主晶相拉曼峰明显展宽.Al2O3颗粒以非晶形式存在于ZrO2颗粒间,有利于ZrO2涂层的增强增韧性能.ZrO2涂层中可观测到团簇颗粒与层状结构组成的双模结构.ZrO2涂层的沉积效率、结合强度与显微硬度可明显提高,有利于ZrO2涂层使用寿命与抗摩擦性能的改善.     

反应等离子喷涂TiCN涂层显微结构与性能研究

利用反应等离子喷涂制备了TiCN涂层,并采用扫描电镜、X–射线衍射仪和X–射线光谱分析了涂层的显微结构,采用显微硬度计、万能试验机和环–块式摩擦磨损试验机测定了涂层的机械性能和摩擦磨损性能。结果表明:涂层主相为TiC_(0.7)N_(0.3)和TiN,同时存在少量不定性石墨相和CN_x相。由于大气喷涂的氧化,形成少量Ti_2O。涂层为典型热喷涂铺展形貌,涂层与基体具有良好的结合性。TiCN涂层的显微硬度均在1000HV_(0.2)以上,远高于基体和黏结层硬度。由于涂层H~3/E~2大于0.1,具有较强抵抗塑性变形能力和耐磨性。     

等离子喷涂铜-石墨复合涂层结构与干摩擦磨损性能研究

以粒度为50～70μm的铜包石墨(Graphite-65%Cu质量分数,下同)复合粉体为原料,采用大气等离子喷涂设备在316不锈钢基体上制备了铜-石墨复合涂层。运用场发射、能谱、X射线衍射等手段对涂层显微结构进行了表征,并利用UMT球-盘式摩擦磨损试验机探讨了室温大气环境下铜-石墨复合涂层的摩擦学性能。结果表明,Graphite-65%Cu复合涂层结构致密,与不锈钢基材结合牢固;石墨在涂层中分布均匀;物相组成主要为C,Cu和Cu2O三相;摩擦副间石墨转移膜的形成是涂层低摩擦系数的主要原因。不同载荷和速率条件下所得涂层摩擦系数在0.03～0.15间。粘着磨损是主要磨损机制。