电子束物理气相沉积LaZrCeO热障涂层微结构与热循环性能

热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)是一种由金属黏结层、热生长氧化物层和陶瓷面层组成的金属-陶瓷复合系统,在先进的航空发动机领域上引起了广泛的关注,但目前先进热障涂层的热循环寿命提升和失效行为研究仍然是一个难点。本研究采用电子束物理气相沉积技术(electron beam physical vapour deposition,EB-PVD)制备LaZrCeO/YSZ双陶瓷层热障涂层,研究热障涂层的相结构、显微组织和失效行为。结果表明:LaZrCeO/YSZ涂层为烧绿石与萤石结构组成的复合涂层材料,LaZrCeO/YSZ涂层的微观结构由羽毛状纳米结构和柱内孔隙组成;在1100℃热循环条件下,LaZrCeO/YSZ双陶瓷层热障涂层展现了良好的热循环寿命;热循环实验后,由于应力累积的作用裂纹在热生长氧化层(TGO)中萌生并扩展,包括水平裂纹和垂直裂纹两大类,进而引起整个涂层体系的不稳定,最终导致涂层失效。     

一种新型燃烧室供油系统热防护方案

随着航空发动机燃烧室进口空气温度的不断升高,燃油在供油管路内受热氧化结焦从而引发诸多隐患的情况日益突出。本文针对某型中心分级、多点喷射供油系统,开展了以空气隔热屏结合“油冷”的热防护方案设计研究,并通过数值 模拟分析了热防护效果。研究表明,在典型高温进气工况下,空气隔热屏结构可将燃油管路湿壁温度降低至燃油氧化结焦临界温度以下;在慢车主油路停止供油的情况下,单一的空气隔热措施难以满足热防护设计要求,结合“油冷”方案可达到设计要求。     

多层喷射沉积制备大尺寸耐热铝合金管坯的研究

采用多层喷射沉积工艺制备出了尺寸为Ф630 mm×250 mm×800 mm且质量较好的FVS0812耐热铝合金管坯,通过挤压获得了性能优良的大直径管材,并对管坯和挤压后管材的力学性能和微观结构进行了检测和分析.分析结果表明,多层喷射沉积制坯过程中,熔滴在沉积面的冷却速度约3.2×104 K@s-1～106K@s-1,熔滴凝固后在沉积坯中形成微细晶粒结构(200 nm～500 nm)和弥散分布的纳米析出相Al12(Fe,V)3Si(20nm～60 nm),使得沉积坯挤压致密后具有优异的性能.     

新型高温/超高温热障涂层及制备技术研究进展

简单介绍了先进航空发动机高温/超高温热障涂层(TBCs)的研究背景、意义和现状;简述了近年来国际上在新一代超高温TBCs方面的研究进展。重点介绍了近年来北京航空航天大学在新型高温/超高温TBCs方面的研究成果,包括新型超高温、高隔热陶瓷隔热层材料,1 150℃以上新型抗高温氧化金属粘结层材料,以及电子束物理气相沉积(EB-PVD)、等离子体激活EB-PVD(PA EB-PVD)和等离子物理气相沉积(PS-PVD)等新型制备工艺。最后对TBCs在未来高性能航空发动机上的应用及发展趋势进行了展望。     

极性面导致新型纳米结构的生长

以氧化锌粉为原料,采用化学气相沉积的方法,通过控制沉积温度、压强、沉积时间等实验条件获得了2种氧化锌纳米材料的新形貌。利用扫描电镜、X射线衍射、X射线能谱仪等仪器进行了表征,并对氧化锌纳米材料的生长机制进行了探讨。     

CVD过程中温度对SiC涂层沉积速率及组织结构的影响

以CH3SiCl3 H2体系在1000～1300℃沉积了SiC涂层,研究了温度对涂层沉积速率的影响,应用自发形核理论解释了不同沉积温度下CVDSiC涂层的组织结构。结果表明,随着沉积温度的提高,CVDSiC涂层的沉积速率相应增大;1000～1200℃沉积过程为化学动力学控制过程,1200～1300℃沉积过程为质量转移控制,1000℃和1100℃沉积的SiC涂层表面光滑、致密;1200℃和1300℃沉积的SiC涂层表面粗糙、多孔;随着沉积温度的提高,CVDSiC涂层的晶体结构趋于完整,当温度超过1150℃时,涂层中除β SiC外还出现了少量α SiC。     

少量Cu对喷射沉积Al-Li合金显微组织与性能的影响

用喷射沉积方法制备了Al-Li合金及其含0.5%Cu的改型合金,进行了挤压和时效处理,测定了不同状态下这两种合金的显微组织和室温拉伸性能。结果表明,喷射沉积状态的Al-3.8Li-1.0Mg-0.4Ge-0.2Zr合金具有等轴细晶组织,析出Al4Li9和δ AlLi相,时效后析出大量δ' AlLi相;添加0.5%Cu使屈服强度提高30～48MPa,拉伸强度提高44MPa,性能提高的原因是Cu的固溶强化和Li在基体固溶度减少导致δ'相含量增加。     

喷射沉积过程中显微组织的形成机制

通过对沉积还纵剖面的组织分析，发现沉积坯在进缘、上下表面及中心部位的显微组织明显不同。边缘及上下表面区试样的退火试验研究表明，细小的枝晶碎块在高温退火过程中发生凝共和粗化，并导致近球状晶粒组织的形成。试验确定其生长服从：D2-D02=6.37×1020e(-70036.1/T)·τ，晶界迁移激活能Qg=582KJ／mol。并依赖于两种机制：（1）在喷射沉积过程中无强烈变形枝晶的均匀化；（2）变形及断裂枝晶的生长和粗化。     

沉积温度对CVD-SiC涂层显微结构的影响

介绍了采用化学气相沉积（CVD）方法在C/SiC复合材料表面制备SiC抗氧化涂层的情况.对不同工艺条件下制备出的SiC涂层,使用SEM,EDS和XRD分析了沉积层的物相和显微结构.结果表明：SiC涂层生长速度随沉积温度升高而升高,晶粒尺寸也随之增大;在较高沉积温度下,可以产生较大的沉积速度,但SiC涂层表面粗糙度将会增大.     

固冲发动机沉积数值模拟与试验研究

分析了液滴撞壁模型的发展概况,基于Mundo模型,分析了粘附、反弹、飞溅3种状态的固冲发动机沉积模型,并对发动机内沉积问题进行了数值模拟与试验研究.结果表明,发动机内沉积主要集中在补燃室头部、进气道下游、冲压喷管收敛段;颗粒粒径分布对沉积位置影响很大;由试验压强-时间曲线换算得到的冲压喷管喉部沉积速率与数值模拟结果基本相符.