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。

WC-Co硬质合金热喷涂层中温处理后的摩擦磨损特性研究

在室温干摩擦条件下,对WC-Co热喷涂中温处理涂层／GCr15摩擦副在摩擦系数和耐磨性方面与45 钢／GCr15作了滑动摩擦对比试验,观察分析了磨痕形貌,并对WC-Co热喷涂中温处理涂层的磨损机理进行了分析。结果表明:在干摩擦情况下,WC-Co热喷涂中温处理涂层的摩擦系数比45钢的高,耐磨性比45钢提高约100 倍。WC-Co热喷涂中温处理涂层的磨损机理为脆性微剥落和磨粒磨损。

热喷涂WC-Co合金涂层在柴油机气缸套内壁中的应用研究

通过两种较为先进的热喷涂方式,在以球墨铸铁为材料的气缸套内壁制备WC-Co合金涂层。并进行了结合强度、硬度和耐蚀性测试。结果表明:该涂层可提高缸套的硬度、强度和耐蚀性,延长了其使用寿命。

WC-Co热喷涂中温烧结涂层的显微组织和磨损性能研究

在室温干摩擦条件下,对WC-Co热喷涂中温烧结涂层/GCr15摩擦副作了滑动摩擦试验,观察分析了磨痕显微组织,并对WC-Co热喷涂中温烧结涂层的磨损机理进行了分析.结果表明:在干摩擦情况下,WC-Co热喷涂中温烧结涂层有一个比较稳定的磨损过程.WC涂层具有与GCr15相当的硬度和耐磨性.WC-Co热喷涂中温烧结涂层的磨损机理为脆性微剥落和磨粒磨损.

热喷涂WC-Co复合涂层的研究现状及展望

热喷涂WC-Co涂层由于具有硬度高及耐磨性能优良的特性作为耐磨涂层已得到了迅速的发展及广泛的应用。本文综述了国内外在利用热喷涂技术制备WC-Co复合涂层方面的研究进展;介绍了WC-Co热喷涂复合粉末的制备、各种热喷涂方法的工艺特点,比较了不同工艺方法制备的各种WC-Co涂层的组织结构及性能。综合研究表明:HVOF工艺更适合制备多峰及纳米结构WC-Co涂层;与传统WC-Co涂层比较,多峰和纳米结构WC-Co涂层在机械性能以及耐磨性能方面均有较大提高。

热喷涂高铝含量Zn-Al合金涂层热带岛礁大气环境腐蚀行为研究

目的 研究Zn-Al合金涂层在热带海洋大气环境中的腐蚀行为,为低合金钢长效防护涂层的选用提供依据。方法 采用电弧热喷涂和高铝合金丝制备高铝含量Zn-Al合金涂层,通过户外暴露试验,采用目视、扫描电镜及能谱仪、金相显微镜、XRD、电化学交流阻抗谱和动电位极化曲线等方法,对不同暴露周期的涂层宏观、微观表面形貌、成分组成、截面形貌、腐蚀产物组成、电化学性能和腐蚀速率等进行观察、测试。结果Zn-Al合金涂层是以质量比为50%:50%的Zn/Al合金组成。在0~540 d周期内,涂层腐蚀产物主要由碱式锌铝碳酸盐化合物Zn_(6)Al_(2)(OH)_(16)CO_(3)·H_(2)O和羟基锌铝碳酸盐化合物Zn_(0.70)Al_(0.30)(OH)_(2)(CO_(3))_(0.15)·x H_(2)O、Zn_(0.71)Al_(0.29)(OH)_(2)(CO_(3))_(0.145)·x H_(2)O等组成,其对涂层孔隙进行填充。相对于初始涂层,180、360、540 d腐蚀后,涂层的极化电阻增加1个数量级,自腐蚀电位增加了约200 m V,自腐蚀电流密度降低至30%左右。结论 该Zn-Al合金涂层在腐蚀后保持较低且稳定的腐蚀速率,具有较好的耐腐蚀性能,致密且黏性的腐蚀产物对涂层孔隙起到了自封闭作用,显著提高了涂层的耐蚀性。

镍基热喷涂自润滑涂层研究新进展

近些年,镍基自润滑涂层作为减摩耐磨材料被广泛喷涂到机械运动副表面。从涂层的组分设计、制备工艺及涂层微结构控制3个方面,系统总结了热喷涂制备镍基自润滑涂层的最新研究进展并对未来的研究方向进行了讨论。首先从涂层基础相、润滑相和增强相3部分阐述了镍基自润滑涂层的构成要素,并重点分析了涂层组分设计的常用模式,以期为新型镍基自润滑涂层的组分设计提供参考;继而针对热喷涂技术的工艺特殊性,重点综述了热喷涂喂料复合粉末制备的研究最新进展;随后针对热喷涂制备涂层时导致的涂层缺陷问题,详细阐述了涂层微结构控制、涂层预处理和后处理等对自润滑涂层性能影响的最新探索进展;最后,总结了目前在镍基自润滑涂层研究中存在的问题,进一步指出优化工艺技术、采用数值模拟结合试验测试的方法,来深入研究涂层内部的润滑摩擦机理将是未来研究的重要方向。

封孔处理对拖拉机热喷涂金属涂层耐腐蚀性的影响

封孔处理是指使用特定的封孔材料填补和封闭拖拉机热喷涂金属涂层中的微小孔隙和裂缝,有效增强农业拖拉机涂层的田间耐腐蚀特性。该文通过选取特定的基体材料、热喷涂材料和封孔材料,对拖拉机封孔前后耐腐蚀性能进行测试。结果表明,封孔处理显著提高了拖拉机热喷涂金属涂层的耐腐蚀性能,封孔后的金属涂层在模拟农田环境中表现出更高的抗化学侵蚀能力、更低的孔隙率和更好的耐磨损性能,说明封孔不仅提升了耐腐蚀性,还增强了涂层的整体机械强度。

热喷涂Fe基非晶涂层耐腐蚀性能研究进展

与传统涂层材料相比,热喷涂Fe基非晶合金涂层凭借其低成本、优异的物理和化学性能成为具有应用前景的涂层材料之一。介绍了热喷涂技术制备Fe基非晶涂层的研究进展,总结了Fe基非晶涂层耐腐蚀性能的影响因素,并对Fe基非晶涂层耐腐蚀性能下一步研究方向进行了展望。

热喷涂Zn-Al合金防腐涂层技术的研究进展

热喷涂Zn-Al合金涂层技术是一项新发展起来的防腐技术。介绍了近年来分别利用火焰喷涂技术和电弧喷涂技术制备Zn-Al合金涂层及其喷涂材料的研究应用现状,分析了涂层的形成及其耐蚀机理,并展望了热喷涂Zn-Al合金涂层技术的发展趋势。

热喷涂涂层与基体结合界面研究进展

热喷涂再制造过程中,由于材料原因,涂层与基体之间往往存在一个异质界面问题。异质界面的形成与存在对再制造涂层服役性能有非常重要的影响。本文综述了热喷涂涂层与基体结合界面的研究发展现状,主要是结合界面形成机理和结合界面对涂层性能影响的研究发展现状。分析了热喷涂涂层与基体结合界面研究目前还存在的问题,并针对这些问题提出采用新技术与新手段深入研究涂层与基体结合界面的生长形成过程,揭示结合界面形成机理,并利用新表征方法实现涂层与基体结合界面形貌结构定量化表征,构建结合界面与涂层各项性能之间量化关系等的发展建议,进而为实现涂层性能的设计控制及寿命预测奠定基础。

热喷涂纳米陶瓷涂层研究进展

由于纳米材料独特的表面效应、体积效应及量子尺寸效应 ,其电学、力学、磁学、光学和热学等性能产生了惊人的变化 .随着纳米材料科学技术的深入发展 ,倍受关注的将是纳米材料的结构化问题 ,有可能从纳米材料中获益的是通过热喷涂方法沉积涂层 .本文对近年来热喷涂纳米陶瓷涂层的研究进展进行了综述 。

热喷涂涂层残余应力的测试与分析

利用改进的Ａｌｍｅｎ 试验方法对多种热喷涂涂层的残余应力进行了测试与分析。首次提出了热喷涂涂层应变滞后于温度或外加应力这种现象的物理模型，并提出了因热喷涂涂层本身的多孔特性而引起的“气塞”作用是造成这一现象的主要原因。试验证明了热喷涂涂层的残余应力与涂层的厚度是线性关系，并且无论涂层的残余应力是压应力还是拉应力，它们都随涂层厚度的增加而增大。本文还证实了热喷涂工艺方法对涂层残余应力有着重大的影响，其主要原因是热喷涂涂层的残余应力与喷涂颗粒的温度和飞行速度有着密切的关系。

爆炸喷涂WC-Co/MoS_2-Ni多层复合自润滑涂层的摩擦学行为

采用爆炸喷涂技术研制WC-Co/MoS_2-Ni多层复合自润滑涂层,系统研究涂层的微观结构、元素分布、结合强度和摩擦磨损性能。结果表明:在高温爆炸喷涂过程中,少量MoS_2发生氧化分解,生成SO_2气体,残留在涂层内的SO_2气体可使局部形成微小孔洞。在摩擦测试中,WC-Co涂层在预磨阶段摩擦因数迅速上升,进入稳定阶段后,摩擦因数缓慢增加;而多层复合涂层的摩擦因数在经历预磨阶段迅速上升后,很快进入稳定阶段,直至表层WC-Co涂层被磨穿后,摩擦因数开始逐渐下降。添加自润滑涂层MoS_2-Ni后,WC-Co涂层的内聚结合强度略有下降,但减摩效果显著,摩擦因数下降了约40%,耐磨性能略有提升。

热喷涂纳米结构Al_2O_3/TiO_2涂层及其应用

为进一步揭示热喷涂纳米结构A l2O3/TiO2陶瓷涂层的强韧耐磨机制,通过对比力学性能试验,采用SEM,ESEM,TEM和XRD研究了这种新型纳米结构热喷涂涂层的组织特征,探讨了纳米稀土合金化对涂层微观组织和性能的作用.研究结果表明,这种新型纳米结构陶瓷涂层具有纳米和亚微米尺度三维网络状显微组织特征,呈现出高的韧性,耐磨性与涂层的韧性之间有密切的关系.

热喷涂高性能陶瓷复合涂层的研究进展

论述了陶瓷复合涂层的种类、制备方法及应用.采用表面涂层热喷涂技术,能在金属基体上制备金属基陶瓷复合涂层、陶瓷与陶瓷复合涂层、梯度功能陶瓷复合涂层和纳米陶瓷复合涂层,这样就把陶瓷材料的特点与金属材料的特点有机结合在一起,赋予材料新的功能.这些复合材料已广泛应用于航天、航空、医学、生物和电子等领域.

热喷涂NiCrBSi基耐磨涂层的研究进展

磨损失效是工业生产及材料使用寿命最主要的消耗方式之一,通过热喷涂表面涂层技术提高摩擦副表面摩擦磨损性能受到越来越多的关注。作为一种重要的表面处理技术,热喷涂在防腐、耐磨等方面均有出色的表现。NiCrBSi是以Ni、Cr为主要组元的Ni基自熔性合金,近年来,NiCrBSi基涂层在制备方法、性能表征和应用推广等方面都取得了重要进展。本文主要论述了热喷涂NiCrBSi和NiCrBSi-Mo涂层的自润滑性能、NiCrBSi-碳化物涂层的硬质相增强效果、NiCrBSi-氧化物涂层综合性能等方向的研究现状,分别对火焰重熔、激光重熔、炉内重熔及感应重熔NiCrBSi基涂层的原理、特点及相关应用实例进行了阐述,分析了这四种后处理重熔态涂层结构与磨损性能,着重比较添加组元和重熔工艺对涂层的组织结构、力学性能和耐磨损性能等方面的影响规律,并阐明了各自在机理上的异同。最后总结了NiCrBSi基耐磨涂层研究面临的主要问题,并针对这些问题,从材料、工艺和后处理方面提出了三点展望性建议。

国内外热喷涂涂层形成机理的研究进展

从热喷涂工艺参数对涂层形成的影响、微观组织及残余应力分析和喷涂材料等几方面对国内外热喷涂涂层形成机理的研究进展进行综述,重点综述了工艺参数影响液滴行为的研究,并结合试验探讨了液滴的热传输规律及对涂层最终性能的影响。

热喷涂涂层的重熔后处理工艺研究进展

热喷涂涂层呈典型的层状结构,孔隙度较高,且与基体结合为物理结合,难以适应较恶劣的环境,这限制了它的应用范围及使用寿命。重熔处理可以改善涂层与基体间的结合强度和涂层内在质量,提高涂层使用性能。综述了各种涂层重熔处理新工艺的研究现状,介绍了重熔后的组织和性能,分析比较了各工艺的不同,以期促进该技术的发展,指导实际应用,并展望了其推广应用的前景。

热喷涂汽车发动机气缸内壁涂层的研究进展

为了达到越来越苛刻的内燃机排放标准,减轻车身重量以降低燃油消耗是近年来车辆行业的重要发展方向之一。采用热喷涂方法在铝合金或铸铁气缸内壁喷涂减摩、耐磨并耐腐蚀的涂层代替传统铸铁缸套具有广阔的应用前景。首先介绍制备气缸内壁涂层的工艺流程,主要阐述现有制备气缸涂层的超音速火焰喷涂、电弧喷涂、大气等离子喷涂和等离子转移弧线材喷涂等工艺的原理,对不同热喷涂工艺特点进行了总结,阐明不同热喷涂方法获得的涂层结构特点。通过列举国内外车辆制造商先进热喷涂涂层的应用实例,进一步分析各类涂层的优缺点。最后提出优化喷涂参数、开发新型喷涂材料、控制涂层内应力和应对未来生物燃料是汽车气缸涂层的下一步研究方向。