金相制备工艺对纳米氧化锆涂层显微组织评定的影响

为制备出能够表征所分析样品真实状态的金相试样,从而对涂层的显微组织作出准确评价,以纳米氧化锆涂层为研究对象,采用不同镶嵌方式制备金相样品,基于正交试验研究不同磨抛工艺参数对涂层显微组织评定的影响,并通过纳米CT法测量涂层的孔隙率,对其结果进行验证。结果表明:采用真空冷镶嵌方式可显著减少涂层颗粒的脱落,影响涂层孔隙率的因素从大到小排序依次为粗磨时研磨盘转数、粗磨时夹具转数、粗抛时间、研磨及粗抛时压力。优化后最佳磨抛工艺参数如下:研磨及粗抛时压力为15 N,粗磨时研磨盘转数为200 r/min,粗磨时夹具转数为50 r/min,粗抛时间为9 min。此工艺下涂层孔隙率为4.26%,显著减少了涂层颗粒的脱落,能够制备出反映涂层真实显微组织结构的金相样品,达到了准确评价涂层性能的目的。纳米CT法检测结果与本方法相符。

等离子喷涂制备疏水氧化钇稳定氧化锆涂层及其抗垢耐蚀性研究

针对水环真空泵叶轮叶片、壳体等关键部件的结垢与腐蚀问题,采用等离子喷涂工艺和硬脂酸表面修饰的方法在Q235B基体表面制备疏水的氧化钇稳定氧化锆(YSZ)涂层。采用扫描电子显微镜、能谱仪、万能拉伸试验机、接触角测量仪等仪器和结垢试验、电化学试验等方法对涂层的微观结构及性能进行表征。结果表明,YSZ涂层表面具有“乳突”状的微纳结构,组织结构较为致密。NiCrMoFe粘结层的添加使涂层的结合强度提高了31%。硬脂酸修饰后涂层表面的平均水接触角达到141.8°,在过饱和碳酸钙溶液中浸泡后的结垢少,在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电流密度与基体相比降低了94%,表现出良好的抗垢耐蚀性能。

纳米造粒料等离子喷涂氧化锆涂层的热物性研究

利用大气等离子喷涂技术和纳米粉体造粒料,制备了3mol%Y2O3部分稳定ZrO2热障涂层.利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)研究了涂层的显微结构,采用差示扫描量热仪(DSC)、激光脉冲法热导仪对涂层的热物理性能进行了实验研究和理论分析.结果表明:利用纳米粉体造粒料和等离子喷涂技术可获得导热系数为0.63～0.80W/(m·K)的热障涂层.原因在于涂层显微结构中大量分布均匀的微小气孔和平均长度在十几微米的、垂直于热流方向的层状微裂纹.相变可导致涂层热物性变化异常.热处理后涂层的晶粒长大和气孔率降低可导致导热系数升高。

等离子喷涂纳米氧化锆涂层研究进展

等离子喷涂氧化锆涂层用作航空和陆基发动机热保护已经有数十年历史,取得了很好的效果。为了进一步提高发动机的效率和寿命,人们致力发展新的涂层材料和改进现有涂层的结构和性能。文中叙述了中国科学院上海硅酸盐研究所在等离子喷涂纳米氧化锆涂层方面的近期研究结果。通过工艺参数调整控制涂层微观结构,制备了具有纳米结构的3%Y2O3–ZrO2涂层;较为系统地测定了涂层的物理、力学和热物性能;对比了纳米和常规氧化锆涂层的抗热震行为,初步阐述了不同涂层的热震破损失效机制;对涂层的生物活性和细胞相容性亦进行了初步评价。此外,还展望了等离子喷涂纳米氧化锆涂层的未来研究工作方向。

纳米氧化锆涂层的制备、显微结构及抗热震性能研究

利用大气等离子喷涂技术在不锈钢基体上制备了纳米氧化锆涂层。运用XRD、SEM、TEM、拉曼光谱和金相技术等分析手段对涂层的显微结构、物相组成进行了观察与分析;利用热冲击试验测试涂层的抗热震寿命。结果表明,纳米氧化锆经喷雾造粒后的颗粒粒径主要分布在15-70μm之间,流动性好,适合等离子喷涂,粉末和涂层的物相均由四方氧化锆组成;在喷涂过程中,喷涂工艺参数（氩气流量）有规律的地影响着涂层的显微结构,进而影响涂层的抗热震性能。

基于数字图像处理技术的等离子喷涂氧化锆涂层热导率影响因素有限元研究

利用数字图像处理与有限元网格生成相结合的方法,生成了与等离子喷涂氧化锆涂层真实显微组织结构相一致的有限元模型.综合有限元方法与傅立叶热传导方程,计算了包含孔洞、裂纹等缺陷在内的氧化锆涂层的热导率.采用激光脉冲法测试并计算了氧化锆涂层的表观热导率.对比有限元计算结果与实验结果之间的差异,分析了氧化锆涂层中缺陷与界面对热导率的影响.研究表明:在等离子喷涂氧化锆涂层中,界面对热导率降低的贡献与孔洞、裂纹等缺陷的贡献相当.

等离子喷涂纳米与非纳米氧化锆涂层的性能比较

在确定纳米氧化锆等离子喷涂工艺的基础上,成功地制备了多种涂层试件,并与非纳米氧化锆涂层的性能进行了比较。结果表明,纳米氧化锆制备的涂层的结合强度、耐磨蚀性和韧性优于非纳米氧化锆涂层,而两者的热导率大体相当,都随着温度的升高而增大。

等离子喷涂氧化锆涂层及激光重熔涂层的摩擦磨损性能

采用等离子喷涂制备了常规氧化锆涂层和纳米氧化锆涂层,并对制备的纳米氧化锆涂层进行了激光重熔处理,系统地研究了3种氧化锆涂层(常规、纳米和激光重熔涂层)在常温和高温下的摩擦磨损性能.结果表明,纳米氧化锆涂层耐磨性能明显优于常规氧化锆涂层,而激光重熔处理后的纳米氧化锆涂层在常温和高温下,都表现出最低的摩擦系数和最好的耐磨性能.这3种涂层的表面粗糙程度、涂层孔隙率和裂纹状况明显不同,从而表现出不同的摩擦磨损特性;说明纳米粉末等离子喷涂结合激光重熔技术是提高氧化锆涂层性能的有效方法.

氧化锆涂层在激光防护中的应用研究

研究金属和复合材料基材上的氧化锆涂层对激光的防护性能,结合ZrO2/金属复合涂层的高温隔热性能和激光重熔法特点进行激光辐照试验,测试试件背壁温度,并进行扫描电镜分析激光辐照后破坏处的微观结构,试验结果表明:ZrO2涂层降低了烧蚀,隔热效果明显,为抗激光防护提供一种新的材料方法。

纳米氧化锆涂层的显微硬度分布特征研究

采用相同的喷涂工艺参数分别对两种喷雾造粒纳米氧化锆粉末进行等离子喷涂,制备了两种纳米涂层S1和B1,对比研究了两种涂层的显微硬度、抗裂纹扩展力。结果表明,两种涂层的显微硬度测试值服从Weibull分布,无论是表面还是截面的显微硬度值,S1涂层均优于B1涂层,两种涂层截面的显微硬度值均优于其对应的表面显微硬度值,S1涂层的抗裂纹扩展力也优于B1涂层。

氧化锆涂层喷涂工艺对涂层显微结构及热物理性能影响研究

采用大气等离子喷涂(APS)技术制备氧化锆涂层,并以SprayWatch-2i在线监测系统观测喷涂过程中氧化锆粒子的飞行速度和表面温度。采用扫描电镜(SEM)对氧化锆涂层的显微结构进行观察,并测定涂层的部分热物理性能,研究颗粒飞行特性-涂层结构-性能之间的关系。结果表明,采用较大功率制备的涂层,其结构较为致密、气孔率低。适当降低喷涂功率,有利于制备气孔率较高、导温系数和热导率较低的涂层。涂层的高孔隙率阻碍了热量的传播,导致了导温系数和热导率的降低。

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。

等离子喷涂氧化锆涂层封孔处理的研究现状

本文分析了等离子喷涂氧化锆涂层中存在孔隙的原因,介绍了降低涂层孔隙率的方法,并指出了未来氧化锆涂层封孔技术的发展方向。

超音速等离子喷涂氧化铈稳定氧化锆涂层的摩擦磨损性能

目前对氧化铈稳定氧化锆涂层的研究较少,且对涂层摩擦学性能的研究不够深入。利用超音速等离子喷涂技术,在45钢基体上制备了氧化铈稳定氧化锆涂层。采用XRD、SEM及EDS等对粉料及涂层的显微结构和物相组成进行了分析;利用划痕仪对涂层的结合力进行了测试;在干摩擦条件下对涂层的摩擦磨损性能进行了测试。结果表明:涂层在基体表面铺展良好,与基体结合紧密,结合力为30 N。载荷为200 N时涂层的质量磨损率极低,且摩擦系数随载荷的增大而减小。

纳米氧化锆涂层晶粒度与隔热性能的关系

将纳米热障涂层隔热性能与微观组织联系起来并进行定量描述的工作还处于起步阶段,采用纳米ZrO2团聚体粉末在不同的喷涂参数下制备了3种不同的纳米热障涂层,利用扫描电子显微镜、IA32定量金相分析软件、X射线衍射仪对其进行了观察和分析,并结合非稳态激光脉冲法与差示扫描量热仪测量了涂层的热导率。研究表明:涂层中同时存在柱状组织和纳米级等轴组织,并以柱状组织为主;随着喷涂参数的改变,二者的相对比例发生变化;纳米级等轴组织含量对涂层的平均晶粒度和热导率都有重要影响;随着涂层晶粒度的减小,热导率随之降低。

等离子沉积氧化锆涂层显微组织及性能研究

目的以氧化锆粉末作为喷涂材料,使用等离子喷涂的方式制备出性能优异的氧化锆涂层。方法通过不同的工艺参数来对涂层的显微组织及性能进行优化,分别利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析仪(XRD)等方法,研究了工艺参数对涂层显微组织影响,并通过高温氧化测试来研究涂层的抗高温性能。结果在其他喷涂条件固定的情况下,涂层的厚度与喷涂时送粉量有关,送粉量越高则涂层厚度越大;当改变喷涂距离时,涂层的致密度则随着喷涂距离的增加而降低;在高温氧化40h后,涂层表面没有发生明显变化。结论通过等离子喷涂制备的氧化锆涂层具有较好的致密度,孔隙率最低仅为3.24%;涂层具有良好的热稳定性,能够长时间在高温下稳定使用。

添加氧化铈的氧化锆涂层显微组织和抗热震性能的研究

研究了CeO2添加剂对ZrO2涂层显微组织和抗热震性能的影响。ZrO2+9.0%CeO2涂层的抗热震次数可由不添加CeO2涂层的46次增加到105次，在热循环中形成网状微裂纹结构，不仅可以降低涂层的应力，也可提高涂层开裂的临床温差，从而改善其抗热震性能。

等离子喷涂氧化钇稳定氧化锆涂层的分形特征与断裂韧性

采用超音速等离子喷涂和普通大气等离子喷涂制备了微米级氧化钇稳定氧化锆(yttria-stabilized zirconia,YSZ)基热障涂层,使用SprayWatch-2i系统测试喷涂过程中粒子飞行速度及表面温度,通过扫描电镜和图像分析技术表征涂层微观结构,利用压痕法测试了断裂韧性和弹性模量,采用基于分形思想的面积-周长幂率定量表征两种工艺条件下孔隙不规则形态,并研究了分形维数对涂层断裂韧性的影响。结果表明:超音速等离子喷涂和普通大气等离子喷涂YSZ涂层孔隙都具有分形特性;超音速等离子喷涂YSZ涂层分形维数是普通等离子喷涂涂层的1.12倍,孔隙结构更复杂,涂层断裂韧性更高。

等离子喷涂纳米氧化锆涂层性能的试验研究

对纳米氧化锆涂层的力学性能进行了研究,分别测量了纳米氧化锆和微米氧化锆涂层的抗弯强度和断裂韧性,并对两者的性能进行了比较,分析了两者性能差异的原因.