热障陶瓷涂层的发展现状和前景

从热障涂层的材料、制备手段、涂层制备工艺等角度综述了热障陶瓷涂层的发展现状,讨论了制备工艺、涂层结构对涂层性能的影响,最后指出了涂层的技术发展趋势和应用前景。

火焰喷涂热障陶瓷梯度涂层的制备工艺及性能

在优化热障梯度涂层和过渡层的成分设计及氧乙炔火焰法制备工艺的基础上,获得了组织致密,有良好冶金结合的Al2O3/Fe热障梯度涂层。结果表明,涂层中的Al2O3分布基本均匀,且在整个涂层中,从钢基体到涂层表面的化学成分呈梯度分布,涂层与钢基体及各涂层之间存在明显的冶金结合;所获得的Al2O3热障梯度涂层与普通纯Al2O3热障涂层和带底层(Ni)和过渡层(Cu)的热障涂层相比,与基体间的结合力显著提高,弯曲强度、耐热冲击性能大为增强,涂层热障效果随涂层的数量和Al2O3含量的增加也获得明显提高。

热障陶瓷梯度涂层材料的工艺及组织研究

从材料梯度成分设计、制备工艺及性能检测方面介绍了氧乙炔火焰法制备Ａｌ２Ｏ３／Ｆｅ基热障陶瓷梯度涂层材料。与一般涂层相比，梯度涂层显示出更为优异的弯曲强度、结合强度、抗热冲击性、显微硬度分布及缓和热应力等性能。文中着重分析了成分梯度分布、热膨胀系数的平滑过渡及自发热金属的选用，是梯度涂层材料获得优异性能的主要原因。

热障陶瓷涂层的最新发展

综述了现代航空发动机用热障陶瓷涂层的最新发展,着重介绍了双陶瓷层、电子束物理气相沉积(EB-PVD)和溶液等离子喷涂(SPS)纳米热障陶瓷涂层的性能和特点。

应用等离子喷涂热障陶瓷工艺修复德士古烧嘴

介绍等离子喷涂热障陶瓷技术在德士古烧嘴修复中的应用 ,从理论和实践中对此工艺方法的可行性进行论证 。

氧化锆热障陶瓷铁弹增韧行为的原位电镜研究

氧化钇稳定氧化锆陶瓷(YSZ)具有基于铁弹性的高温增韧行为,它应用于发动机叶片表面的热障涂层表现出优异的热循环耐久性和高温韧性。然而,随着对发动机性能进一步提升的需求,当前的YSZ陶瓷难以满足更为严苛的使役环境。因此对铁弹性能微观机理开展相关的研究,并提升其高温稳定性就显得十分重要。本文采用原位透射电镜技术,获得对单晶YSZ薄膜应力加载下的结构演化观测,证实了可逆性的应力诱导铁弹畴切换行为。应力加载使薄膜表现出不可逆的畴形核行为,持续加载引发了铁弹迟滞现象和畴变增韧行为,而应力撤走后铁弹畴的可逆切换行为表现出抵抗循环应力的能力。这一结果提供了YSZ铁弹增韧微观机理与铁弹变形规律的直观实验支持,增进了理论理解。

热障陶瓷涂层与红外辐射涂层在气动热防护中的作用

飞行器在大气中高速飞行时,由于空气摩擦,使飞行器表面蒙皮温度迅速升高,例如飞行器以4马赫的速度飞行,其表面温度最终接近800℃[1]。高温使蒙皮材料的力学性能降低,甚至达不到设计性能要求,同时高温使飞行器内部器件存在高温失效的危险。因此,采用各种技术手段来降低蒙皮材料的表面温度,是各国开展高速飞行器研究中必须解决的问题。本文采用等离子喷涂锆酸镁热障涂层材料,并在其表面刷涂20~30μm高红外辐射陶瓷涂层涂料,由此组成的复合陶瓷涂层,在640℃动态环境下可以使表面降低300℃以上,可以满足飞行器4马赫飞行速度的钛合金蒙皮材料防护要求。

镀铝对CoCrNiAlY-YSZ-LaMgAl_(11)O_(19)双陶瓷热障涂层高温抗氧化行为的影响

采用电弧离子镀(AIP)技术在CoCrNiAlY-YSZ-LaMA双陶瓷涂层表面沉积一层Al镀层,利用XRD、SEM和EDS等微尺度分析表征方法,全面解析涂层在大气暴露过程中的高温氧化行为。研究结果表明,未镀铝LaMA层在氧化过程中发生严重体积收缩,导致纵向微裂纹萌生和扩展。这些微裂纹成为氧气向内部扩散的通道,导致涂层呈现持续氧化增重趋势、TGO快速生长和严重的元素扩散,并最终加剧涂层断裂失效。但镀铝涂层样品表现出更好的高温抗氧化性能与结构稳定性,高温氧化过程中,表面Al镀层与氧气发生原位反应生成致密Al2O3屏障层,有效阻止或延迟氧气内部渗透,使TGO缓慢生长,其氧化增重从20h时的8.59mg/cm^(2)略微上升到80h时的9.46mg/cm^(2)。本研究结果为双陶瓷热障涂层的延寿设计与界面热生长应力调控开辟出全新技术途径和理论视野。

电参数和反应时间对微弧氧化热障陶瓷层制备的影响

为解决传统活塞顶部防护技术存在的操作复杂、成本较高和可维修性较差的问题,探索利用微弧氧化技术在铸造铝合金(ZL109)试样表面制备热障陶瓷层,以抵抗活塞顶部受到的热冲击和高温腐蚀.在前期研究工作基础上,重点研究电源频率、占空比和反应时间对热障陶瓷层制备的影响.实验表明:在电源频率为400 Hz、占空比为40%、反应时间为20 min条件下,所制备得到的陶瓷层表面较平整,孔隙缺陷少,膜层致密性较好.研究结果表明,微弧氧化技术在活塞顶部表面防护领域具有较好的应用前景.

大功率EB-PVD陶瓷热障涂层的研究与应用

陶瓷热障涂层用于涡轮发动机的热端部件可显著提高其使用温度 ,延长部件的使用寿命 ,并提高发动机的效率。介绍了制备陶瓷热障涂层的电子束物理气相沉积技术。分析了热障涂层的剥落失效机理 ,同时对热障涂层的隔热效果的研究也进行了介绍。

陶瓷/金属梯度热障涂层的热冲击性能研究

利用 ANSYS软件对陶瓷 /金属梯度热障涂层的热冲击性能进行了有限元分析 ,比较了不同涂层方案和不同基体金属材料对涂层抗热冲击性能的影响 。

基体条件对Sm_2Zr_2O_7/YSZ双陶瓷层热障涂层界面残余热应力的影响

采用有限元分析软件ANSYS对等离子喷涂Sm2Zr2O7/YSZ双陶瓷层热障涂层界面残余热应力分布进行了数值仿真。结果表明:基体厚度不同时,涂层界面Sm2Zr2O7/YSZ及界面YSZ/NiCoCrAlY对应应力及应力梯度基本不变,表明应力及应力梯度与基体厚度无关;但基体材质热膨胀系数对涂层系统界面的径向、轴向及剪切应力梯度有决定性的影响,且各应力梯度随金属基体的热膨胀系数差异增加而增大,表明基体材质是影响涂层界面径向残余热应力及应力梯度的根本原因。采用多层陶瓷结构并合理选择各层材质的热膨胀系数将更加有利于降低涂层应力梯度,进而改善涂层性能,延长涂层寿命。

陶瓷热障涂层多层组合板的热弹性极限分析

导出了含功能梯度层在内的四层组合板，在梯度层物性参数连续变化情况下的温度分布及热弹性应力分布．在此基础上，确定了板初始屈服的位置及初始屈服时的极限温差，为板的热弹塑性应力分析和极限分析。

Innovnano公司开发出涡轮发动机高性能热障陶瓷涂层

据《Aerospace Manufacturing》杂志2013年3月15日报道,美国高性能陶瓷粉末专业公司Innovnano公司生产出了高纯度4YSZ热障陶瓷涂层,具有承受工作环境中极端温度变化的优越能力,主要应用于航空涡轮发动机。4YSZ陶瓷热传导率低,仅需很薄的涂层就能满足涡轮发动机的需求,从而使得旋转涡轮质量满足要求。

陶瓷热障涂层在化工过程装备中的应用

针对化工生产中的易氧化、高温腐蚀和易磨损等因素,提出适用于化工过程装备的材料体系设计方案。在方案中将材料设计思路创造性地应用到陶瓷热障涂层,提出了对其进行结构设计的总体思路,并对主要设计参数的设计方法进行了初步研究。

热障涂层钢活塞和硅铝合金活塞的热分析

为降低活塞基体温度,提高柴油机性能,分别在硅铝合金活塞和钢活塞上喷涂稳定的氧化镁-氧化锆等离子体。讨论了热障涂层对两种材料活塞的温度场和热应力的影响。分析了有无陶瓷涂层活塞温度场和应力场的变化。结果表明,和无涂层活塞相比,热障涂层活塞表面的最高温度明显升高,钢活塞和硅铝合金活塞表面的最高温度分别增加了31%和54%,但是对应的基体最高温度分别下降了27.55%和26.91%。

热障涂层抗CMAS腐蚀的表面改性研究进展

近年来,CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(CMAS)的高温腐蚀成为热障涂层(TBCs)失效的重要原因,严重影响航空发动机热端部件的服役安全。表面改性作为提升热障涂层耐CMAS腐蚀性能的重要途径,不仅能够抑制熔融CMAS黏附在涂层表面,还能通过物理屏障或化学牺牲层的形式来阻挡熔融CMAS的渗入与反应。重点围绕国内外表面改性技术提高热障涂层抗CMAS腐蚀性能方面取得的研究与突破,根据作用机理划分为机械法、物理表面改性、化学表面改性和电化学表面改性四大类,阐述了这4类改性技术的原理与应用,同时归纳了不同表面改性工艺的优缺点。探讨了第一性原理计算与有限元模拟在稀土氧化物掺杂的氧化钇稳定的氧化锆、稀土锆酸盐、稀土钽酸盐和钙钛矿等新型热障涂层陶瓷材料方面的研究进展,以充分了解涂层微观组织结构和界面结构演变,为新型热障涂层的设计研究提供指导。最后,展望了TBCs在高温环境应用以及腐蚀防护的发展方向。

热障梯度涂层的制备工艺与性能研究

从涂层梯度成分设计、制备工艺及性能测试方面介绍氧乙炔火焰法制备Ａｌ２Ｏ３／Ｆｅ热障陶瓷梯度涂层。研究了梯度涂层的弯曲强度、结合强度、热冲击性、显微硬度分布和热障性能等。

射频磁控溅射沉积热障涂层结构特征及高温氧化性能

采用 3kW射频电源在经真空电弧镀涂敷了NiCrAlY过渡层的涡轮和导向叶片上沉积ZrO2 陶瓷层 ,对其组织结构与元素面分布进行了电子探针测试。对NiCrAlY涂层进行喷丸形变处理 ,研究了不同时效温度下的应力变化。测试了热障涂层高温氧化与热冲击性能 ,结果表明 ,经 110 0℃静态氧化 10 0h和热冲击 50

高炉风口上超音速火焰喷涂金属-陶瓷梯度层的可行性

在高炉风口表面制备一层适宜的金属-陶瓷梯度热障涂层,是提高风口寿命的一种有效的方法。本文旨在验证在风口上制备金属-陶瓷梯度保护层,提高高炉风口寿命的可行性。通过大型的有限元仿真软件AN SYS,模拟分析了在紫铜表面喷涂陶瓷热障层的隔热效果,并且探讨了HVOF涂层的性能。结果发现,仅仅0.4mm厚的ZrO2涂层就可以使铜基体温降200℃左右,而且超音速火焰喷涂打底的金属-陶瓷涂层的抗氧化性、热震性优于其他喷涂方法,这表示能够从材料和工艺两方面解决风口喷涂陶瓷层易脱落的问题。证明了在风口上喷涂金属-陶瓷梯度热障涂层的可行性以及利用HVOF打底层制备金属-陶瓷热障层的优势。