CMAS环境下热障涂层的损伤机理及防护策略

随着先进航空发动机向高推重比和高热效率发展,涡轮前进口温度显著提高,航空发动机叶片热障涂层(TBCs)在高温服役过程中受火山灰、飞灰、跑道磨屑、工业烟尘、汽车尾气及PM2.5等环境沉积物的侵蚀愈来愈严重。这些沉积物的主要化学成分为CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂(CMAS),其熔点约为1 240℃,远低于发动机的服役温度。环境CMAS被吸入发动机中后,将迅速熔融并渗入TBCs结构内部。一方面,CMAS对叶片表面造成物理冲击与破坏,熔融态的CMAS还会导致气膜冷却孔堵塞,引起冷效降低与叶片温度-应力场的改变;另一方面,熔融CMAS与叶片涂层发生化学反应,导致叶片TBCs腐蚀剥落及过早失效,服役寿命大幅度下降。解决叶片TBCs表面CMAS沉积和腐蚀的问题是目前先进航空发动机TBCs研究领域的重点和难点,而掌握不同环境下CMAS的物理化学特性更是研制抗CMAS热障涂层的基础。本文阐述了CMAS的成分与流变特性及TBCs在CMAS环境下的热化学、热力学失效机理,并简述了目前国际上有关涂层组织结构优化、阻渗层和牺牲层等CMAS...     

Ti6A14V的激光涂层

 <正> 1.引言 钛和钛合金的抗磨性差且难于润滑,为改善其抗磨性,尝试过许多表面处理方法,如氮化,氰化、在碳酸钾中控制氧化、电镀和硼化等,但是共同缺点是所得涂层太薄及处理过程不同程度地损害基体。目前工程上需要同基体结合力强且无缺陷的厚涂层。激光涂层处理对基体影响小,涂层质量高且厚度易调整,能在很大程度上满足工程上要求,所以激光涂层很有发展前途。     

等离子涂层涡轮导向叶片热疲劳寿命预测研究

针对等离子涂层涡轮导向叶片材料的变形特点,引入了粘塑性本构模型.进行了涂层高温氧化实验、带涂层构件热疲劳实验及有限元模拟研究.基于研究结果,建立了可以体现氧化损伤与热疲劳损伤耦合效应的寿命预测模型.计算分析了带涂层涡轮导向叶片的稳态温度场、涂层隔热效果和基于宏观尺度的应力应变场,研究了宏、细观有限元计算结果间的转换关系,提出了等效系数的方法,对涡轮导向叶片表面涂层的热疲劳寿命进行了预测.寿命预测结果合理,方法可行.      

等离子涂层热疲劳失效模式及失效机理研究

开展了等离子涂层构件热疲劳实验研究,对失效过程及失效模式进行考察,分析了对失效起主导作用的应力分量.针对陶瓷层材料引入粘塑性本构模型,对涂层的热疲劳进行数值模拟研究.分析表明,氧化层厚度为2 μm时,陶瓷层波峰位置容易萌生Ⅰ型横向裂纹,界面中部偏上位置容易萌生Ⅱ型横向裂纹;氧化层厚度为8 μm时,陶瓷层内部法向应力主导横向裂纹的扩展;不同厚度的氧化层内部将形成较高的应变能密度.给出了等离子涂层内部裂纹形成过程及机理.      

基于多光谱测温优化的材料光谱发射率测量

针对高温材料红外光谱发射率测量中样品表面温度难以准确测量的问题,提出了直接使用光谱仪测量得出样品表面的光谱辐射能量信息,选取其中合适的光谱波段利用多光谱测温方法得到样品表面温度,进而计算出材料的光谱发射率.分析了多光谱测温中发射率模型的阶次和测量波段选取对测温准确度的影响,给出了温度计算的稳健算法,并对其主要不确定度的来源进行了评定.在1 100 K左右温度下以不锈钢材料进行实验验证,得出温度引起的光谱发射率相对不确定度在2～20 μm范围内低于2%,满足红外隐身和辐射测温等领域的要求,适合于导热性能差的材料或涂层材料的高温光谱发射率测量.     

陶瓷前驱体基防潮涂层制备及其性能表征

以全氢硅氮烷树脂为成膜物,以纳米Si O_2为填料,在石英织物表面制备出了防潮性能优良的陶瓷前驱体基防潮涂层。采用SEM、EDS、IR、DSC-TG等研究了防潮涂层在固化和高温加热过程中的结构变化,测试了其防潮性能。结果表明,在40℃、95%湿度环境下放置24 h,该防潮涂层可将石英织物的吸潮率从11.71%降到0.31%,且涂层主要组分与石英织物基材组分一致,因而其无线电波透过能力与石英织物基材相近。     

基于二氧化钒的辐射率可调涂层设计

设计了基于VO_2的非对称FP腔薄膜结构的智能热控涂层,并应用光学模拟计算的方法研究了不同膜层厚度对薄膜结构辐射率的影响,以及辐射率随角度的变化规律。计算结果表明,当相变层VO_2层的厚度从15 nm增至120 nm时,薄膜结构的辐射率变化Δε先增加再减小,VO_2厚度为50 nm时,Δε达到最大,约为0.6。介质层HfO_2的厚度主要影响多层薄膜结构的高温吸收带位置,但Δε在HfO_2层厚度为800~1 000 nm,均可达到约0.6的最大值。多层薄膜结构在0°~70°,仍保持明显的辐射率变化,Δε在0.4以上。     

涂层制备过程中刚性隔热瓦的变形控制

针对刚性隔热瓦涂层制备过程中高温烧结热处理所导致的变形问题,在对其变形机制分析的基础上,探索了变形控制方法。研究结果表明,刚性隔热瓦在涂层制备过程中的变形来源于涂层玻璃相降温过程中收缩所导致的对于基体材料的压应力。与常规方法相比,仅将涂覆涂层面置于高温环境中烧结热处理,或者采用厚度较大的基体材料成型涂层后再进行二次加工减薄至最终所需厚度,均可明显降低变形量,变形量随基体材料厚度的增加而减小。当这两种方法并用时可进一步降低变形量。     

磁损耗吸波涂层的损耗特性北大核心CSCD

为研究磁损耗吸波涂层的损耗特性,选取了两种羰基铁粉吸收剂及一种铁氧体吸收剂,采用同轴法测试了材料电磁参数,并计算了频率为1~18 GHz电磁波在吸波涂层中的衰减常数、相位常数和波长,考察了电磁波在吸波涂层中的衰减率,计算了吸波涂层对电磁波的输入阻抗和反射率。结果表明,厚度为2 mm的S型吸波涂层对频率为18 GHz的电磁波的衰减率达到-24.9 dB,电磁波能量下降为原来的0.3%。三种吸波涂层输入阻抗实部Re(Z_(in))最大值对应频率与反射率最大值对应频率值基本相等。输入阻抗实部Re(Z_(in))与自由空间中本征阻抗匹配性能不是决定涂层反射率的唯一重要因素。     

Fe-Al／Al2O3梯度涂层制备过程中的热机械行为

在分析涂层中热应力产生机理的基础上,根据等离子喷涂制备过程中的实际受热条件和力学原理,建立了估算制备引起的涂层热应力的计算模型,并依此估算了Fe3Al-Al2O3涂层中的制备应力.通过对涂层微观结构的SEM观察,研究了Fe3Al-Al2O3涂层制备过程中的热机械行为特征及其对涂层性能的影响.结果表明,在梯度涂层中,随着组成成分的变化,热机械性能参量与制备应力均相应变化.最大热应力产生于梯度涂层的底层,从基体到表面沿厚度方向热应力逐渐减小.梯度涂层中的最大应力与平均应力值都小于单一Al2O3涂层中的热应力值.涂层与基体的热失配是涂层中热应力产生的根本原因.涂层成分的梯度化,可有效地缓和制备过程中的热应力.