阻氢涂层的研究现状及进展

氢具有较高的渗透率,会造成金属材料塑性降低、疲劳裂纹扩展速率加快等氢脆问题,严重阻碍了氢能的产业化发展。为降低氢对材料的渗透率,在金属材料表面制备阻氢涂层是解决金属材料氢损伤问题的重要手段之一。本研究对近年来阻氢涂层研究现状及发展进行归纳与总结,讨论了传统阻氢涂层的特性及优缺点,阐述新型阻氢涂层如石墨烯涂层、金属玻璃涂层等的发展现状。介绍了输纯/掺氢管道阻氢涂层的研究成果,并对阻氢涂层未来发展作了展望。

先进航空发动机高温功能涂层研究进展

航空发动机是飞机的“心脏”。先进航空发动机正在向高推重比、高效率、低油耗和长寿命方向发展。以热障涂层、热/环境障复合涂层、高温隐身涂层等为代表的高温功能涂层应用于航空发动机关键热端部件,起着提升发动机服役性能、服役寿命和安全可靠性的重要作用。本文以热障涂层、热/环境障复合涂层、高温隐身涂层等为例,系统概述了近年来国内外以及北京航空航天大学在高温功能涂层材料设计、涂层制备科学与技术、涂层性能评价表征等方面的研究进展,并展望了先进航空发动机新型高温功能涂层所面临的挑战和发展动向。未来先进高温功能涂层的研究重点将集中在多功能复合涂层、极端环境适应性和工艺适配性等方面。

航机CMC热端部件用热喷涂涂层的机遇与挑战

随着航空发动机涡轮前燃气入口温度的不断攀升,陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composite, CMC)以其轻质、高强、抗氧化、对裂纹不敏感、耐温性能优异等特点,成为新一代航空发动机高温部件的首选基体材料。但CMC存在抗高温水氧侵蚀性能不足等问题,发动机CMC热端部件用热喷涂涂层成为亟待解决的技术瓶颈。本文结合国外航空发动机热端部件选材方案的更迭及工程应用实例,分析了发动机热端部件采用高温合金+气膜冷却+热障涂层方案的技术局限性,明确了CMC+适量气膜冷却+环境障碍涂层方案的技术优势;综述了CMC用热与环境障碍涂层(Thermal and Environmental Barrier Coatings, TEBCs)和环境障碍可磨耗封严涂层(Environmental Barrier Coatings-Abradable Sealing Coatings, EBCs-ASCs)的研究进展、应用情况以及近些年国内外学者的研究成果;辨析了面向更高温燃气来流时热喷涂环境障碍涂层面临的机遇与挑战,为后续TEBCs的组分和结构设计以及制备明确了方向,并对今后研究工作的重点进行了展望。

考虑多种作用效应的表面防渗聚脲涂层非线性分析及设计

聚脲与聚氨酯相比,具有绿色环保、耐久性好、力学性能优异、施工面适应性强等优势,聚脲基防渗层被广泛应用于水工结构中。鉴于防渗聚脲尚无成型的结构设计计算理论,惯常采用的经验性设计可能会导致不安全、不合理、不经济的设计结果,本研究通过探讨聚脲基表面防渗涂层非线性分析的关键理论,基于有限单元法建立了非线性数值模型。在涂层基面开裂、水压荷载作用、伸缩缝变形等不同受力工况下,通过对材料的受力变形行为、剥离行为、破坏模式等分析,总结了涂层受力变形规律,并基于分析结果,提出表面防渗聚脲设计流程。研究表明:对于水压作用下的涂层基面开裂工况,涂层最大应力随水压荷载、粘结强度增大而增大,随开裂宽度变化不显著,涂层剥离长度随粘结强度增大而减小,随开裂宽度增大而增大;对于伸缩缝变形工况,涂层剥离长度均随涂层厚度增大而增大,涂层剥离长度随伸缩缝变形量增大而增大,随粘结强度增大而减小,剥离长度随水压荷载变化趋势不显著;涂层最大应力随涂层厚度增大而减小,随粘结强度增大而增大,随水压荷载增大而逐渐增大。最终基于数值分析结果提出了考虑伸缩缝变形工况下的聚脲涂层结构设计方法,形成设计流程并计算机软件化。

燃料电池金属双极板涂层综述

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种新型的能源装置,双极板是其主要的部件之一。金属双极板在成本和力学性能方面都具有优势,因此逐渐占据市场主流,但是其易腐蚀的特点也影响了燃料电池的性能。从后镀金属双极板、预镀金属双极板和免镀金属双极板3种不同的工艺路线出发,系统总结了相关研究进展。对于不同工艺路线下的不同涂层,通过接触电阻、腐蚀电流和表面形貌等指标进行了评价。发现后镀金属双极板的性能好于预镀金属双极板和免镀金属双极板,但是其工艺路线最复杂,成本最高,而免镀金属双极板工艺最简单,但是其防腐导电性能不能满足DOE2025标准,预镀涂层介于两者之间,是一种过渡的工艺路线。最后,从涂层结构和元素掺杂角度对后镀涂层进行了展望,从涂层晶体结构和涂层材料选择角度对预镀涂层进行了展望,从箔材元素比例、预处理工艺角度对免镀金属双极板进行了展望。综述了燃料电池金属双极板防腐导电性的发展方向,对金属双极板朝着更低的成本和更好的性能方向发展有着重要意义。

医用介入导丝用疏水和亲水涂层的研究进展

医用介入导丝被广泛应用于各类介入手术,是目前经皮冠状动脉成形(PTCA)术及经皮血管成形术(PTA)中常用的医疗器械之一。在医用介入导丝表面添加亲水或疏水涂层,可以减小导丝在临床应用中的组织摩擦和组织损伤,有效提高导丝的通过性、抗菌性和生物相容性,减少炎症。综述了近年来国内外医用介入导丝亲水和疏水涂层材料,介绍了这些涂层的机理、附着力优化、抗菌修饰等方面内容,重点介绍了聚四氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚对二甲苯等涂层材料体系的研究进展,介绍了不同材料体系在医用导丝亲水和疏水涂层的作用机理和实际应用,同时介绍了亲疏水涂层的制备工艺,重点阐述了层层自组装、紫外光接枝、等离子体接枝和化学气相沉积等制备方法的可操作性、优势和劣势。最后在总结前人研究成果的基础上,对医用介入导丝涂层的现状及面临的问题进行了探讨,并对医用介入导丝涂层的发展方向及提高涂层综合性能等方面进行了展望。

镁合金表面AC-HVAF热喷涂Al基涂层中颗粒撞击行为与涂层组织演变机制

目的探究高速空气燃料热喷涂(Activated Combustion-high Velocity Air Fuel,AC-HVAF)过程中喷涂纯铝粒子撞击基材后的状态及铝涂层的组织形态与变化。方法采用AC-HVAF热喷涂技术在AZ80镁合金基体上喷涂纯Al颗粒并且制备Al涂层,通过颗粒撞击实验获得单一撞击粒子,探讨粒子撞击形貌状态、形成原因、结合机制并分析涂层形成原因与转变结果。结果在AC-HVAF粒子撞击过程中,大功率喷枪制备铝颗粒经过短暂高温高压作用后,粉末粒子达到熔融状态,以熔融的方式撞击基体,与小功率喷枪形成的低温喷涂相比,颗粒间不再是单一机械结合。在短暂高温作用下涂层形成大量再结晶,制备的涂层获得了细小晶粒尺寸,并且形成了均匀分布位错密度,喷涂撞击形成了方向统一的织构状态。结论通过大功率喷枪制备的铝涂层在高温高压条件下使铝颗粒以熔融态撞击基体,涂层获得了更高的完整度与致密度;喷涂涂层形成了均匀细小的晶粒组织,且位错密度均匀,在受到喷涂撞击后涂层获得垂直于喷涂方向的丝织构。

植介入医疗器械涂层的研究进展

植介入医疗器械在手术过程中会直接接触人体器官组织、血管壁及血液,进而引发一系列如炎症、血管痉挛、血栓等副作用,在器械表面应用生物相容性材料构建涂层可以有效避免组织损伤和减少副作用。近年来,随着涂层技术和材料种类的迅速发展,涂层的功能性也得到了拓展,出现了亲水、疏水、抗菌、抗凝和载药等不同功能的涂层。综述了上述5种植介入医疗器械涂层的研究进展,从材料学角度探讨了涂层的组成成分和表面结构优化对其功能性的影响。其中,涂层的组成成分主要是高分子聚合物,例如聚乙二醇、聚两性离子、聚四氟乙烯等,将抗菌、抗凝以及其他药物掺杂在这些材料内构建涂层,可实现抑菌、抗凝、载药等目的。常见的表面结构优化策略主要通过在器械表面对涂层进行仿生微纳结构修饰等,形成纳米或微米尺度的结构,从而改变涂层的表面能、接触角、粗糙度等特性,以影响涂层的生物相容性、细胞附着和生长行为。总而言之,表面涂层可以显著改善植介入医疗器械的临床应用性能。然而,植介入医疗器械涂层在长期效果、材料耐久性和标准化制备等方面仍存在一些不足。最后,结合目前蓬勃发展的新型材料和制作工艺,对植介入医疗器械的涂层进行了展望。

膨胀型防火涂层“新-老”涂层体系的热阻

在既有老化涂层上涂覆新涂层形成“新-老”复合涂层体系,复合涂层的热阻并非既有涂层热阻与补涂涂层热阻的简单叠加.基于隔热性能试验的温度测量结果,计算复合涂层体系的等效热阻常数,通过对不同试件等效热阻常数的对比分析,考察补涂涂层对既有涂层和复合涂层热阻的影响规律.结果表明:既有涂层热阻随补涂涂层厚度增加而降低,当补涂涂层厚度大于1.0 mm时,既有涂层热阻的贡献率不超过20%,计算复合涂层热阻时可忽略不计;当补涂涂层厚度较薄(0.5 mm)且既有涂层老化时间较短(≤21循环),或既有涂层有面漆时,建议考虑既有涂层热阻的贡献(贡献率>20%).当补涂涂层与既有涂层类型不同时,复合涂层体系的热阻更大,隔热性能更好.

涂层传热性能对母线散热能力影响分析

为提升电力开关柜散热性能、提高供配电稳定性,本文依据传热学基础理论对电力开关柜传热过程进行分析,采用溶液共混法成功制备了适用于电力开关柜母线散热的涂层材料,并基于电磁-热-流多物理场耦合原理构建了电力开关柜涂层-热分析模型,结合母线负载电流计算理论,从涂层热导率、发射率等方面对涂覆散热涂层前后的电力开关柜传热特性进行分析。结果表明:涂层热导率相比于涂层发射率对母线温升影响较小,母线表面涂覆涂层之后,B相母线表面发射率由0.2增大到0.846时,三相母线最大负载电流与未涂覆相比提升18.75%。

原位生成TiC增强镍基梯度涂层的组织与性能

通过激光熔覆技术在H13钢表面原位生成TiC增强镍基单一涂层和梯度涂层,使用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计、万能摩擦磨损试验机对涂层的微观形貌、成分分布、物相组成、显微硬度和摩擦磨损性能进行对比分析。结果表明,单一涂层易出现宏观气孔、裂纹、与基体结合差等缺陷,而梯度涂层能够实现成分、组织性能的梯度变化,与基体形成良好的冶金结合;梯度涂层生成Fe-Cr、TiC等多种增强相,使钢表面硬度和耐磨性显著提高,平均硬度约为单一涂层的1.44倍、基体的2.58倍;梯度涂层的平均磨损量为单一涂层的45.6%、基体的32.4%;梯度涂层磨损机理主要是颗粒磨损和粘着磨损。

刀具涂层技术研究现状和发展趋势

随着刀具涂层制备技术的发展,刀具的应用领域和适用范围越来越广。涂层的应用大大降低了切削过程中的切削力和切削热,有效提高了刀具的切削效率和切削寿命。本文总结了刀具涂层的特点,阐述了刀具涂层的常用制备工艺及其优缺点,并对刀具涂层的材料和结构进行了分析和总结,阐述了常见刀具涂层的优缺点及相应的研究进展。通过对优化刀具涂层性能方法进行总结,为后续刀具涂层的的研究方向提供了思路。

Al_(2)O_(3)层的加入对MT-TiCN/Al_(2)O_(3)涂层组织和性能的影响

涂层的使用可以解决硬质合金刀具强韧性之间的矛盾,含涂层的硬质合金刀具综合性能优异,但单层涂层难以满足高速切削和干式切削加工的需求。本文采用化学气相沉积方法在WC-6Co硬质合金基体上制备MT-TiCN单层涂层和MT-TiCN/Al_(2)O_(3)双层涂层。通过对比MT-TiCN涂层和MT-TiCN/Al_(2)O_(3)涂层的组织结构、硬度、结合强度、抗氧化性能和摩擦磨损性能,研究涂覆Al_(2)O_(3)层对MT-TiCN/Al_(2)O_(3)涂层组织和性能的影响。结果表明,与MT-TiCN涂层相比,MT-TiCN/Al_(2)O_(3)涂层仍具有较好的结合强度、较优的抗氧化性、较低的硬度和较差的摩擦磨损性能。MT-TiCN/Al_(2)O_(3)涂层氧化后增重较小,氧化后形貌有所改善。MT-TiCN/Al_(2)O_(3)涂层表面粗糙度较大,摩擦系数较大;由于Al_(2)O_(3)层在摩擦过程中容易破裂、剥落,使得MT-TiCN/Al_(2)O_(3)涂层磨损率较高。

钼铼合金表面MoSi2涂层制备及其结构性能

采用包埋渗法在钼铼合金基体上制备MoSi2涂层,探讨包埋渗工艺条件对涂层厚度的影响,通过X射线衍射、扫描电镜等手段研究所制备涂层的理化特性。研究结果表明:渗剂中氟化钠活化剂的用量、热处理温度及保温时间对涂层厚度具有显著影响。当渗剂中硅粉、氟化钠、氧化铝的重量比为30∶5∶65,热处理温度为1 000℃,保温时间为2 h时,所制备得到的涂层均匀性较好,涂层厚度约25μm。

绝缘涂层对无取向硅钢质量影响的分析

安钢无取向硅钢生产前期,表面绝缘涂层质量存在较多问题。其表面绝缘涂层问题主要集中在发粘、发黄、容易锈蚀等。为减少表面绝缘涂层质量造成的经济损失,对生产中各环节进行分析研究,找出影响绝缘涂层质量关键因素,并制定一系列改进措施,提高了无取向硅钢表面绝缘涂层的质量。

风力发电机叶片防覆冰涂层研究进展

【目的】风力发电机叶片在低温下容易发生结冰、覆冰,对防覆冰涂层技术进行研究具有重要意义。【方法】通过对涉及风力发电机叶片防覆冰涂层技术的文献进行检索、标引,综述了国内外现有防覆冰涂层文献技术,列举了现有防覆冰涂层的类型、原理。【结果】在疏水型涂层、发热型涂层及其他功能涂层中,疏水型涂层是现有研究的重点。【结论】采用疏水型涂层结合电热涂层进行除冰是未来风力发电机叶片防覆冰的主要解决方案。

风力发电机叶片防除冰涂层(二):温升数值计算及防除冰性能

针对电热超疏水涂层覆冰过程中表现出的三类不同冰层形貌,该文建立了电加热融冰数值计算模型,并对仿真计算结果进行了相应的试验验证,验证结果与仿真结果基本一致,该模型能有效模拟融冰过程和温度分布。临界融冰功率的计算结果表明,电热超疏水涂层融冰所需功率大于非超疏水电热涂层,尤其在乳突状冰层出现后,融冰功率将大幅增加。电热超疏水涂层防冰试验结果表明,在雨凇覆冰环境中,超疏水性能单独作用时,叶片在覆冰前期能延缓覆冰;电热性能与超疏水性能共同作用时,叶片无覆冰形成。电热超疏水涂层用于风力发电机防覆冰具有较好的效果,但用于覆冰后的融冰时将需要更多的能量。

热/冷喷涂典型抗空蚀涂层结构与性能研究

冷喷涂作为近年来兴起的涂层固态沉积技术,所制备的涂层具有高结合强度、高硬度、无氧化夹杂等优点,在过流器械表面的空蚀损伤防护方面极具应用潜力。采用冷喷涂技术,在40Cr钢基体表面制备了高致密的CuAl9Fe1铝青铜抗空蚀涂层,利用光镜/扫描电镜、显微硬度计、超声波空蚀试验机、三维轮廓仪等设备,表征了涂层的微观结构、力学性能及抗空蚀性能,分析了涂层的空蚀破坏形貌及机理,并与超音速火焰(high-velocity oxygen-fuel,HVOF)喷涂制备的WC类典型抗空蚀涂层(WC-Co-Cr和WC-Cr_(2)C_(3)-Ni)进行了对比。结果表明,冷喷涂CuAl9Fe1涂层的平均孔隙率为1.4%,平均显微硬度为3126 MPa,平均结合强度为32.3 MPa,空蚀6 h的空蚀深度为4.988μm;与之相比,HVOF喷涂的WC-Co-Cr和WC-Cr_(2)C_(3)-Ni涂层的平均孔隙率分别为0.7%和1.6%,平均显微硬度分别为10 065和10 094 MPa,平均结合强度分别为84.2和73.5 MPa,空蚀6 h的空蚀深度分别为11.901和10.645μm。冷喷涂CuAl9Fe1涂层虽硬度较低,但塑韧性较好,可有效抑制空蚀过程中颗粒结合界面的裂纹萌生、扩展导致的颗粒脱落,因此相比HVOF制备的WC类涂层具有更高的抗空蚀性能。

CMAS、CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐作用下热障涂层的腐蚀行为与机理

环境沉积物(CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2),CMAS)的高温腐蚀已成为航空发动机涡轮叶片热障涂层过早失效的重要原因之一。然而涡轮叶片工作环境复杂,熔盐、海盐常与CMAS耦合,一起对热障涂层造成多元复杂腐蚀,但目前关于CMAS与盐类的多元耦合腐蚀行为鲜有报道。针对Y2O_(3)部分稳定ZrO_(2)(YSZ)热障涂层在CMAS、CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐作用下的腐蚀行为进行对比研究。通过XRD、SEM等方法对不同条件下腐蚀后的涂层进行表征,并分析热处理温度、腐蚀物种类对腐蚀行为的影响。结果表明:与CMAS相比,CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐会在更低的温度下损伤涂层(1200℃)。当三种腐蚀物均能完全熔化时(1250℃),CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐熔体则由于更大的流动性而大量渗入,腐蚀内部涂层。其中,CMAS+海盐熔体在涂层内的渗透性最强,1250℃热处理4 h后,渗透深度超过400μm。盐类的共存会改变CMAS的性质,增强熔体的渗透能力,增加涂层内部甚至底部失效的倾向。研究结果有助于理解盐类与CMAS耦合时混合熔体对热障涂层的破坏机理及潜在威胁。

替代铂铝涂层的热障涂层TBC材料选择

航空发动机改型地面燃气轮机是西气东输工程的重要能源动力来源。为提高设备关键部件的稳定性、延长其服役寿命,文章对燃气轮机热端叶片上的涂层材料及其制备工艺进行研究,利用先进的热障涂层(TBC)涂层替代现有的铂铝涂层。依据涂层的服役需求,明确了对TBC涂层结构和性能的要求,并综合考虑过渡层涂层应用的成熟度,选择美科Amdry962作为过渡层材料。然后通过选材试验,对Metco204C-NS、Metco204NS-G、Metco204B-NS三种不同粒度区间的材料进行喷涂试验对比,确定了以Metco204B-NS为面层材料。文章提供的涂层材料能够较好地解决燃气轮机涂层性能不佳而带来的使用寿命短的问题,并且提及的涂层材料选型可以用于不同TBC涂层开发的场景。