航空表面涂层技术的应用与发展

航空表面涂层技术是航空制造技术的重要组成部分,涂层材料与涂层制造技术创新对提高航空零部件产品性能、降低能源消耗、提升产品可靠性及服役寿命具有重要意义.主要对涉及航空工业领域热障涂层、复合材料表面环境障涂层、高温可磨耗封严涂层及纳米涂层技术的应用现状与研究进展进行了阐述.     

石墨含量对PEEK基复合涂层性能的影响

利用石墨和聚四氟乙烯(PTFE)对聚醚醚酮(PEEK)进行混杂改性,控制PTFE和PEEK的质量比不变,通过冷压烧结的方法在不锈钢表面制备不同石墨质量分数的PEEK基复合涂层,研究石墨含量对涂层力学和摩擦性能的影响。结果表明:随着石墨质量分数的增多,PEEK基复合涂层的结晶度逐渐下降,涂层的硬度先增高后降低,摩擦因数不断降低,磨损率先降低后上升。在石墨质量分数为4%时,硬度最高21.78HV,摩擦因数为0.0461,磨损率最低为2.06×10~(-6)mm~3/(N·m),这与之前的研究相比,涂层的耐磨性得到大幅提高。但是过高的石墨质量分数会使分子链柔顺性下降、链段运动降低,涂层的耐磨性大大降低。     

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。     

等离子涂层典型界面损伤与破坏的数值模拟

基于界面损伤力学思想,提出了三结点界面单元的概念,和传统界面单元相比,具有能够表征任意形状界面法线方向的优点,将改进的单元通过ABAQUS的用户子程序UEL与有限元软件进行了结合.考虑等离子涂层界面粗糙度的影响,模拟了余弦形界面在热循环载荷下的损伤以及在拉伸载荷下的破坏过程.计算结果表明,界面单元结点间位移出现不连续现象,体现了裂纹的逐渐张开过程,界面损伤随热循环次数的增加而增加,其中第一个循环造成的损伤最大,波峰处是界面断裂的危险位置,法向分离起主导作用;等离子涂层粗糙界面承受法向拉伸载荷的能力较平直界面显著增加.采用改进的界面单元模拟异质材料复杂形状界面的损伤与破坏是可行的,结果是合理的.      

含SiO2,ZrO2微粒复合镀镍层抗高温氧化性能

通过对含有SiO₂,ZrO₂微粒复合电沉积的研究,在Cu合金表面分别获得了含量(原子数分数)为11.3％ SiO₂,5.31％ ZrO₂微粒的Ni基复合镀层.通过在800℃、900℃条件下的高温氧化和热震循环试验,研究了这种复合镀镍层的高温氧化性能和界面结合特性.结果表明:经过40?h的高温氧化,2种复合镀镍层的抗氧化性能均达到抗氧化级,而且含SiO₂微粒的复合镀镍层的抗氧化性能优于含ZrO₂微粒的复合镀镍层;经过55次冷热循环,含SiO₂微粒的复合镀镍层与铜基体结合良好.     

频率选择表面传输特性的温度循环效应

根据国家军用标准GJB 150-86对不同涂层材料和加工工艺的频率选择表面(FSS,Frequency Selective Surfaces)进行了温度循环的环境模拟试验,通过比较温度循环前后FSS的谐振频率、传输损耗、频带宽度和入射角稳定性等传输特性的差异,考察FSS在温度循环条件下的性能稳定性.结果表明,温度循环对不同材料和工艺的FSS的传输性能有较大影响,主要表现在FSS的传输损耗和频带宽度两方面.不同FSS在经过温度循环后,谐振频率下的传输损耗增大0.5~3倍,入射角越大增大的幅度越大;频带宽度增加50%~70%,不同的FSS增加的幅度不同.而对谐振频率和入射角稳定性的影响根据不同的FSS而不同,但对二者的影响都不明显.与简单振子FSS相比,组合振子FSS的传输性能受温度循环的影响较大.      

ZrO2陶瓷热障涂层显微结构及隔热性能研究

用电子束物理气相沉积法(EB-PVD)在DZ125高温合金上制备Y2O3部分稳定化的ZrO2(YSZ)陶瓷热障涂层,并用扫描电镜(SEM)观察涂层显微结构.采用激光脉冲法对EB-PVD热障涂层的热扩散系数进行测试.为防止热扩散系数测试时激光穿透ZrO2陶瓷层,在试样表面制备不同材料的遮挡层.结果表明,EB-PVD热障涂层呈明显的柱状晶结构,柱状晶垂直于涂层/基体界面.基体的热扩散系数随温度的升高而急剧增加,陶瓷热障涂层的热扩散系数随温度的升高呈下降趋势,但变化幅度不大.室温下陶瓷层的热扩散系数小于基体的1/3,1200℃时约为基体的1/67.试样的激光遮挡层很好解决了激光脉冲法测试涂层热扩散系数时的不稳定性和激光穿透问题.在满足遮挡要求的条件下,遮挡层材料种类对热扩散系数测试无明显影响.     

稀土对电沉积镍基复合镀层高温抗氧化性的影响

研究了稀土加入三种电沉积镍基复合镀层Ni—B_4C、Ni—TiC、Ni—ZrO_2前后,在850℃时的氧化行为。通过金相观察、ESCA(光电子能谱)分析及X射线衍射等方法研究表明:镀层中不同的复合颗粒和稀土两者对镀层的抗氧化能力均有影响。其小不同种类的颗粒对镀层抗氧化能力所产生影响的差别很明显;而稀土对镀层抗氧化能力影响的差别较小,且影响的程度比较接近。另外,两者影响的机理也不同。颗粒是通过分解、扩散等过程改变表面膜的组成来影响的,而稀土则是从提高膜的致密度和膜与基体的粘附性来影响的。作者认为,它们的影响既互相独立,而又互相补充。     

Corrosion Inhibition of SiC_p/5A06 Aluminum Metal Matrix Composite by Cerium Conversion Treatment

This article studies the effects of the CeCl₃ concentrations in conversion solutions with and without addition of NaCl, pH-values of conversion solution, drying temperature, time and temperature of immersion on the Ce-conversion coatings for corrosion protection of the SiC_p/5A06 Al-MMC and 5A06 Al-alloy in the 3.5% NaCl aqueous solution at room temperature. Potentiodynamic polarization tests reveal that the Ce-conversion treatment could markedly improve the pitting corrosion resistance of the composite and the matrix alloy in chloride containing environment. The best corrosion resistance effects are obtained for the samples treatment in 1‰ CeCl₃·7H₂O/ 3.5% NaCl solution at 45 °C for 60 min, followed by drying at 100 °C for 30 min. Examinations by means of scanning electron microscopy (SEM), energy dispersion spectroscopy (EDS) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) indicate that this behavior is due to the precipitation of Ce-oxides/hydroxides on the cathodic intermetallics and the Al-oxide film on the rest of the metal matrix.     

TEMPERATURE EFFECT ON OXIDATION PROTECTION LIFE OF MULTI-LAYER COATING FOR C/C COMPOSITES

Carbon-carboncomposites(C/C)exhibitexcellentstructuralpropertiesabove165OC,andareconsideredasthemostpromisingcandidatematerialsforthehighthrust-weightratioturbineengines.Asakeytechnologyforthehigh-temperaturestructuralapplicationsofC/C,oxidationprotectionispaidmoreandmoreattentionrecently.TheoxidationprotectionllfeofacoatedC/Cisdeterminedbyenvironmenta1temperature,becauseitnotonlydecidesthether-mochemicalconditionsofinterfacesinacoating,butalsocontrolsthedynamicprocessofoxy-gendiffusion.The…