界面形貌对热障涂层残余应力影响的三维有限元分析

采用有限元方法,建立了考虑界面形貌的热障涂层系统三维有限元模型,通过计算从高温冷却到室温时界面处的残余应力的变化,研究了界面形貌对热障涂层系统残余应力的影响。结果表明,氧化层（TGO）厚度不仅会影响残余应力大小,还会影响其应力状态,氧化层越厚,其残余应力水平越高;界面幅值增大会使黏结层（BC）–TGO界面残余应力增大,但其对陶瓷层（TC）–TGO界面处残余应力的影响较为复杂;增大界面波长会在一定程度上减小残余应力水平;三维混合粗糙度对残余应力的影响较小。因此,氧化层厚度、界面幅值和波长会较大程度上影响热障涂层的残余应力,进而影响热障涂层系统的稳定性,且氧化层厚度对涂层失效位置具有决定性意义。     

背面喷涂高辐射涂层的发动机防热材料电弧加热试验模拟方法

采用等离子电弧加热器双模型矩形湍流导管试验技术模拟了发动机内流热环境,对背面喷涂了

高辐射涂层的发动机防热材料进行了热防护性能考核。利用改进的试验件安装方法,在防热材料的背面提供

了开敞式的常温环境,使防热材料的高温背面能够对周围常温环境辐射散热,模拟了防热材料背面的换热环

境。采用K 型热电偶和单色红外测温仪测量了防热材料背面高辐射涂层的温度。根据以上两种不同测温方

式测量的温度曲线,得到了该背面喷涂的高辐射涂层材料的光谱发射率随温度的变化曲线。试验结果表明:背

面喷涂了高辐射涂层的材料背面温度比材料背面没有涂层的低了81. 1 K;当温度在1 103 ~1 153 K 时,该高辐

射涂层材料的光谱发射率着姿(姿=1. 6 滋m)为0. 89 ~0. 77,随温度升高,着姿呈下降趋势。

     

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。     

纳米二维黑磷的PTFE薄膜涂层的制备及其摩擦性能研究

采用旋涂法在7050铝合金表面制备了内含0、1.3%、3.8%纳米二维黑磷的聚四氟乙烯(PTFE)薄膜涂层。选择载荷为1N(接触压力为501MPa)、2Hz频率和5.3mm滑动行程条件下(平均线速度为21.2mm/s),使用球-盘摩擦仪进行摩擦磨损试验。利用环境扫描电镜(ESEM)和三维白光显微镜分别对涂层磨痕形貌和磨损率进行表征。黑磷含量为1.3%和3.8%的PTFE涂层的摩擦系数(COF)分别降低了23%(COF:0.079)和27%(COF:0.074),其磨损率分别从2.554×10~(-4) mm~3 N~(-1) m~(-1)降至0.758×10~(-4) mm~3 N~(-1) m~(-1)(降低70.3%)和0.156×10~(-4) mm~3 N~(-1) m~(-1)(降低93.8%)。结果表明,纳米黑磷材料与PTFE的复合膜不仅具有较好的润滑作用,而且能有效提高PTFE的耐磨性。     

黑色色浆对氟树脂/铝红外涂层性能的影响

以铝、黑色色浆为填料,氟树脂为粘合剂,制备了氟树脂/铝红外涂层,研究了黑色色浆含量对氟树脂/铝红外涂层性能的影响。性能测试包括光泽度、色差、红外发射率、硬度、附着力、抗冲击性、粗糙度、光学测试、耐腐蚀性等。结果表明,在黑色色浆含量为1.0%时,整个氟树脂涂层的性能最优。当黑色色浆的含量由1.0%上升到9.0%,涂层表面光泽度不断下降,涂层ΔE值不断减小,涂层表面红外发射率逐渐升高,涂层的硬度都是6H,涂层的附着力等级为0级,红外光谱吸收峰逐渐增强。当黑色色浆含量为0%～3.0%,抗冲击性都超过50 kg·cm,抗冲击性较大。当黑色色浆含量为0%～5.0%时,涂层表面粗糙度比较低。当黑色色浆含量为1.0%时,涂层的耐腐蚀性能最佳。     

超临界自然层流机翼设计及基于TSP技术的边界层转捩风洞试验

为了实现绿色航空节能减排的目标,层流设计技术成为飞行器设计者的研究热点。对于跨声速客机而言,超临界自然层流机翼设计技术将显著减小飞行阻力,提升气动性能,减少燃油消耗和污染物排放。首先,基于高精度边界层转捩预测技术耦合翼型优化设计系统,实现超临界自然层流翼型设计;经过合理的翼型配置,形成超临界自然层流机翼。转捩数值模拟分析结果表明,超临界自然层流机翼的层流流动特性良好。然后,以比例为1：10.4的试验模型在荷兰高速低湍流度风洞进行边界层转捩风洞试验,使用温度敏感材料涂层（TSP）技术拍照获得机翼表面在不同马赫数、雷诺数和迎角工况下的层流-湍流分布。最后,通过超临界自然层流机翼边界层转捩试验结果,探讨了该类型机翼的转捩特性随来流参数的变化规律,总结了超临界自然层流机翼设计的关键因素。此外,该模型也可用来验证边界层转捩预测技术在超临界、高雷诺数工况下的预测精度。     

热载荷下热障涂层表-界面裂纹间的相互影响

针对高温热载荷条件下APS制热障涂层裂纹失效问题,基于涂层系统热弹、热弹塑性本构关系,考虑陶瓷层/氧化层/粘结层界面凹凸形貌,依据表、界面裂纹位置、性质不同,分别运用断裂力学和损伤力学理论建立裂纹演化模型,结合围线积分和内聚力单元法,分析了热载荷下表、界面裂纹断裂参量及开裂状态,研究了陶瓷层表面裂纹与粘结层/氧化层界面裂纹间的相互影响,揭示了热、力、化多场耦合下的裂纹失效机理。结果表明,表面裂纹大幅改变界面微区域的应力分布状态,靠近界面时能使界面裂纹扩展程度整体增加20%,且相邻凸峰处开裂非均匀性可达81%,表面裂纹断裂参量主要受多层结构热失配及缺陷主导,界面裂纹对其影响相对较小,分析结果与试验结果一致。      

Mg-Li-Ca表面气相扩散法制备氢氧化镁/硬脂酸 复合涂层的耐蚀性能

采用气相扩散法,在Mg-1Li-1Ca镁合金表面制备氢氧化镁/硬脂酸复合涂层,以提高镁合金的耐蚀性能。利用高分辨扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)对涂层的表面形貌和化学成分进行表征;通过电化学实验和腐蚀浸泡实验研究复合涂层的耐蚀性能,探讨复合涂层成膜机理和耐蚀机理。结果表明:Mg-1Li-1Ca合金表面氢氧化镁涂层呈紧密排列的花瓣状多孔结构,硬脂酸涂层未明显地改变氢氧化镁涂层形貌;因其具有较低的表面能,表现出良好的疏水性,有效地阻止了腐蚀介质进入涂层内部,增强了涂层的屏蔽作用;氢氧化镁/硬脂酸复合涂层的腐蚀电流密度(1.45×10–7A/cm2)比Mg-1Li-1Ca合金基体腐蚀电流密度(2.70×10–5A/cm2)降低了两个数量级。交流阻抗值表明,此复合涂层的电荷转移电阻约为基体的200倍。说明此复合涂层有效地提高了镁合金的耐蚀性能。     

表面处理对热障涂层界面微结构的影响

采用真空电弧离子镀技术在单晶高温合金DD32上制备HY5金属粘结层,通过振动光饰、吹砂2种不同的表面处理方法改变粘结层表面状态,再在粘结层表面利用电子束物理气相沉积技术制备陶瓷层。研究了不同处理方法对粘结层表面状态的影响;测试了不同表面处理方法下制备的热障涂层的高温氧化性能并对比分析了它们的变化规律。此外,探讨了不同表面处理方法对界面元素成分及失效特征的影响。研究结果表明,通过表面处理可以去除粘结层表面较大的凸起,提高表面平整度,提高热障涂层抗氧化性能。与粗糙界面相比,光滑界面形成的TGO层均匀致密,Al含量高。经长时间的高温氧化后,粗糙界面的TGO层出现明显皱曲现象,陶瓷层开裂剥落。     

多孔NiCr在750℃ NaCl沉积盐中的热腐蚀机理研究

针对飞机发动机高压压气机NiCr系可磨耗封严涂层发生的NaCl热沉积盐高温腐蚀现象,采用粉末烧结法制备了多孔80Ni20Cr合金,研究了其在750℃空气气氛中的NaCl热腐蚀行为。采用X射线衍射和能谱分析等技术对腐蚀产物进行了分析。结果表明,NaCl固体盐通过阻碍合金表面生成连续致密的Cr_2O_3,加速多孔NiCr的腐蚀和氧化。研究发现,在样品外表面形成的Cr_2O_3、NiO、NiCr_2O_4混合氧化物膜易开裂剥落,是合金加速腐蚀的主要方式。此外,通过同步热分析并结合热力学模拟计算发现,NiCr合金的热腐蚀由氯化-氧化协同控制,初始依靠NaCl与Cr元素反应引发合金的循环腐蚀,并推动整个腐蚀过程不断进行。