YSZ–Ti3SiC2热障涂层及其高温自愈合机制

采用Ti3SiC2作为新型自愈合剂,利用大气等离子喷涂将混合均匀的YSZ-Ti3SiC2粉体制备成厚涂层。为观测高温下涂层氧化及裂纹的自愈合行为,通过外加载荷的方式在涂层表面预制裂纹,并将样品置于1050℃空气气氛中进行等温热处理。通过分析涂层制备、热处理前后的物相和形貌演变发现:涂层中的部分Ti3SiC2在喷涂后分解为TiC与SiO2,热处理后涂层表面形成外层为TiO2,内层为TiO2和SiO2混合物的双层结构。在自愈合过程中,裂纹内的愈合剂氧化生成SiO2与TiO2,随着扩散控制的氧化反应不断进行,氧化物逐渐积累并填补裂纹。此外,在SiO2与TiO2生成的同时引起的体积膨胀使裂纹周围产生一定的压应力,强化了愈合效果,最终完全愈合裂纹。

固态焊接在民用航空发动机中的应用

民用航空发动机是航空产业的重要支柱,我国的大客发动机研制项目已逐步展开。民用航空发动机与军用航空发动机相比要求具备长寿命、高可靠性、低油耗和低成本。由于技术指标要求高,民用航空发动机需要采用更多的新材料、新结构、新工艺,才能满足设计要求。

模拟服役条件下镍-石墨涂层的可磨耗性研究

火焰喷涂镍石墨封严涂层广泛应用于高压压气机前对开机匣和其他航空发动机零件上,其目的是通过与叶尖或蓖齿之间的磨削控制转子与机匣壳体之间的间隙,从而提高发动机的效率,降低燃油消耗率,可磨耗性是评价封严涂层性能的重要指标之一。根据航空发动机设计的迫切要求,开展了模拟工况下镍-石墨涂层的摩擦磨损试验,并对涂层的可磨耗性进行了深入研究,分析了切削深度、切削速率等因素对涂层可磨耗性能的影响机制。结果表明:在相同叶尖线速度下,切削深度对涂层磨损的影响比切削速率的影响更为显著;镍-石墨涂层在高线速度下的主要摩擦磨损机制是塑性变形和摩擦氧化;环境温度对涂层的摩擦磨损有一定的影响。

热障涂层对单晶高温合金多轴热机疲劳性能的影响

采用电子束物理气相沉积工艺在CMSX-4单晶合金空心试管表面制备了Y_(2)O_(3)(7%~8%,质量分数)-ZrO_(2)热障涂层,然后在500~1000℃范围内对带/不带涂层试样进行了机械应变控制的热机械疲劳(TMF)和热梯度机械疲劳试验(TGMF)。结果表明,热障涂层可在一定程度上提高单晶合金试棒的疲劳寿命,同时,在相同的应变幅值下,同相位带热障涂层试样的热梯度机械疲劳寿命略高于反相位带涂层试样。试样的断口分析结果表明,同相位热机疲劳和反相位热机疲劳断口呈现显著差异,反相位疲劳试样断口具有明显的疲劳辉纹,材料蠕变和氧化对断口影响较小;同相位试样断口则明显与材料的蠕变和氧化相关。

R_(2)O_(3)+Er_(2)O_(3)稳定ZrO_(2)的新型TBC材料

通过溶胶凝胶法合成8YSZ以及R_(2)O_(3)+Er_(2)O_(3)稳定ZrO_(2)陶瓷粉体。采用X射线衍射(XRD)结合Rietveld精修分析相组成和晶体结构,透射电镜(TEM)分析晶粒尺寸,热导率分析仪(TCA)和热膨胀分析仪(TMA)分析热物理性能。进一步将R_(2)O_(3)+Er_(2)O_(3)稳定ZrO_(2)陶瓷粉体与氧化铝粉混合并制成试片,在1400℃下进行不同时间的热处理。结果表明:(1)所有R_(2)O_(3)+Er_(2)O_(3)稳定的ZrO_(2)均为非转化亚稳相(t'相),且热导率低于常规的8YSZ,较低的导热系数可以提供更好的隔热性能,以更好防止底层和基体的氧化;(2)Er_(2)O_(3)和Er_(2)O_(3)+Yb_(2)O_(3)稳定的ZrO_(2)在1400℃时表现出比8YSZ更好的相稳定性,这表明当应用温度在1200℃以上时,可提高热障涂层的使用寿命,可考虑用于1200℃以上的新一代燃气发动机;(3)R_(2)O_(3)+Er_(2)O_(3)稳定的ZrO_(2)的相稳定性主要与√2c/a(a,c为晶格常数)有关,且决定了阳离子扩散速率。当c/a(a=b,b为晶格常数)增长快时,√2c/a也增加,促进了阳离子的扩散;反之,降低√2c/a可以降低阳离子的扩散。当√2c/a值在1.01左右时,试样表现出较差的相稳定性。