锆基陶瓷热障涂层的腐蚀研究进展

近年来随着航空与航海工业的迅速发展,具有耐高温、长寿命、耐腐蚀等优势的发动机叶片成为开发新一代航空发动机和涡轮发动机的重要一环。热障涂层（TBCs）作为常用的热防护技术,一方面可为发动机叶片部分金属基底提供隔热保护,使其免受高温气体的影响;但另一方面,更高的发动机工作温度使得叶片及其表面TBCs遭受严重的环境沉积物腐蚀,造成过早失效,腐蚀类型主要有热腐蚀、CMAS腐蚀、熔盐腐蚀等。腐蚀已成为限制TBCs工作温度和服役寿命的难题,抗腐蚀防护是目前TBCs领域研究的重点。本文首先简述了以氧化钇稳定氧化锆陶瓷（YSZ）为主的热障涂层材料的主要特性,再简述了TBCs的不同腐蚀的反应机理,重点从涂层的微观结构设计、梯度涂层的设计、涂层成分改性及掺杂改性等方面与涂层腐蚀过程之间的影响关系出发,阐述了TBCs改性方法与涂层腐蚀的特点。提出未来涂层改进与防护的几种方法,最后对TBCs的腐蚀防护发展方向进行了展望。     

高能束表面改性技术在航空领域的应用

高能束表面改性适用于各种金属和合金,能够显著提升材料表面硬度、耐磨、耐蚀等性能指标,是航空部件实现性能提升的有效手段之一。本文总结了6种高能束表面改性技术的基本原理、设备构成和改性应用,其中激光相变硬化通过马氏体相变强化金属材料表面;激光熔覆通过选择不同粉末实现表面修复和表面性能提升,重点在于控制裂纹缺陷;激光冲击强化可有效解决航空发动机部件高周疲劳断裂问题;强流脉冲电子束和强流脉冲离子束一方面需要提高设备的性能和运行稳定性,另一方面要针对航空部件应用开展深入研究;而离子束辅助沉积则可以通过制备固体润滑涂层实现对微动磨损的有效防护。最后,提出对高能束表面改性机理深入研究、发展专业化智能化装备和实现多种束源复合与集成的发展方向。     

国外激光热处理技术

本文介绍了国外激光热处理表面改性技术的提出、发展和应用,重点介绍了七种表面改性工艺方法,亦对其发展前景作了分析。     

钛合金激光气体合金化表面改性新技术研究

利用激光气体合金化表面改性新技术对钛合金进行表面改性，成功地制得了与基材间为完全冶金结合且梯度过渡的、以树枝状氮化钛为增强相的新型快速凝固“原位”耐磨复合材料表面改性层。简要介绍了钛合金激光气体合金化表面改性原理及所获表面改性层组织与性能特点     

TiAl金属间化合物激光表面改性新工艺研究

为提高ＴｉＡｌ金属间化合物的耐磨性，利用激光气体合金化技术对ＴｉＡｌ进行表面改性，在激光表面改性层中成功地制得了以高硬度氮化钛为增强相的新型快速凝固“原位”高耐磨复合材料。激光表面改性层的厚度根据需要可在０．１～１．５ｍｍ范围内调节，激光表面改性层的显微组织及性能可以通过改变激光处理工艺参数而得到灵活的控制。试验结果表明，激光气体合金化是一种提高ＴｉＡｌ化合物耐磨性的先进的表面改性新技术。     

纳米TiO_2涂覆法改善PBO纤维/环氧树脂界面剪切强度

采用溶胶凝胶涂覆法对PBO纤维进行表面改性,以提高PBO纤维与环氧树脂之间的界面剪切强度(IτFSS)。将PBO纤维用纳米二氧化钛溶胶进行涂覆处理,然后经过热处理,在纤维表面形成纳米粒子,增加纤维表面粗糙度,从而提高纤维与环氧树脂之间的IτFSS。通过对不同的涂覆处理条件进行了研究,并提出了纳米粒子对提高IτFSS的"楔子"效应机理。研究发现,当纳米二氧化钛溶胶中浸渍时间为3 min,热处理时间为4 min时,PBO纤维与环氧树脂基体的IτFSS最大,其IτFSS可提高56.4%。     

RDX含量对改性双基推进剂动态力学性能的影响

利用动态热机械分析研究了一组不同RDX含量的改性双基推进剂的动态力学性能。根据"时间-温度"等效原理的WLF方程获得了该推进剂体系α松弛的粘弹系数Cg1,Cg2和主曲线叠合的垂直位移因子bT以及松弛过程的活化能Ea。结果表明,随着固体填料(RDX)含量的增加,该推进剂的储能模量下降,α松弛的损耗角正切(tanδ)的峰温逐渐降低,以tanδ为代表的力学损耗强度逐渐增大,而β转变所对应的温度不变。用自由体积理论解释了固体含量对改性双基推进剂动态力学性能的影响。     

改性双基推进剂拉压不对称力学性能研究

针对改性双基推进剂在不同载荷条件下表现出不同力学响应的现象,对其进行了恒应变率拉伸和压缩试验及蠕变拉伸和压缩试验,获得了4组应变率下拉压应力-应变曲线和3组温度下拉压蠕变-时间曲线,使用应力和应变拉压不对称因子反映了拉伸和压缩曲线的不对称程度。结果表明,改性双基推进剂具有明显的拉压不对称力学性能,且该性能受到应变率和温度的影响。分析了改性双基推进剂具有拉压不对称性的内在成因,认为材料初始缺陷的扩展、材料分子链移动空间的变化、基体材料与填充颗粒材料力学性能的不同是导致改性双基推进剂具有拉压不对称力学性能的内在原因。     

改性先驱体制备C/SiC复合材料性能研究

采用交联剂对聚碳硅烷(PCS)先驱体进行改性,以改性先驱体配置溶液制备了C/SiC复合材料。在制备过程中,由于改性先驱体较高的陶瓷产率,缩短了复合材料基体致密化周期,气孔率降低到7.2%,密度提升到2.01 g/m~3。在改善试样显微结构的同时,改性先驱体能够明显提升C/SiC复合材料力学性能,弯曲强度提高到459.4 MPa,断裂韧性提升到13.6MPa·m~(1/2),相比单组分PCS先驱体分别提高了51.9%和32.0%。烧蚀性能考核表明,试样的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为8.3×10~(-3) mm/s和4.3×10~(-3) g/s,相比单组分PCS制备的试样分别降低了85.7%和73.1%。通过对试样内部显微结构和考核后形貌进行分析,结果表明试样力学和烧蚀性能的提升主要得益于致密化的基体以及基体对纤维很好的保护作用。