电子束物理气相沉积叶片热障涂层工艺稳定性提升技术研究

电子束物理气相沉积(EB-PVD)是航空发动机涡轮叶片涂层的先进制备技术。EB-PVD的工艺稳定性对于叶片涂层质量及批产一致性至关重要。本研究针对我国先进航空发动机对高性能热障涂层的应用需求,研制出了EB-PVD自动蒸发沉积技术和叶片多自由度涂层沉积技术。工艺验证和性能测试结果表明,所研制的自动蒸发沉积技术可使涂层过程靶材消耗均匀稳定,涂层质量良好;双坩埚结构配置可进一步满足新一代超高温双层结构热障涂层工艺需求。所研制的多自由度沉积技术有助于提升叶片涂层厚度均匀性,改善缘板涂层质量,实现涂层厚度和微观组织的精确调控。利用上述工艺制备的涂层试片抗燃气热冲击性能优异,模拟叶片缘板位置涂层寿命与模拟叶身位置涂层寿命相近。

电子束物理气相沉积热障涂层隔热性能的磷光寿命在线测量

精确在线测量热障涂层(TBCs)在热梯度环境下的真实隔热效果对热障涂层的设计以及开发具有重要意义.采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)制备了含Eu掺杂的氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ:Eu)表层、YSZ中间层与Dy掺杂YSZ(YSZ:Dy)底层的磷光传感热障涂层.利用磷光信号的热淬灭特性对温度梯度环境下YSZ涂层表面以及黏结层/YSZ层界面温度进行在线测量,对EB-PVD YSZ热障涂层的真实隔热效果进行评估.结果表明:平均厚度为113μm的YSZ涂层在高温温度梯度下能够实现的平均温降为66.5℃,在温度区间为400~700℃内的平均热导率为(0.87±0.15)W/(m·K),略小于传统激光脉冲法的测量值(0.95±0.02)W/(m·K).上述结果证实了磷光在线测温技术用于热障涂层隔热效果测量的可靠性,为热障涂层隔热效果的实时监控提供了一种有效方法.

电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术研究及应用进展

概述了近几年来快速发展的新兴材料加工工艺技术——电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术的研究及应用现状,着重阐述了电子束物理气相沉积(EB-PVD)过程的主要工艺参数和制备高温合金板材显微组织的形成机理。

Al_(2)O_(3)改性等离子喷涂-物理气相沉积热障涂层的异物损伤行为及失效机理

由外来异物损伤引起的颗粒冲蚀是制约热障涂层使用寿命的重要因素。为了提高等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)热障涂层的耐冲蚀性能,采用磁控溅射和真空热处理在PS-PVD喷涂的7YSZ热障涂层表面制备一层致密的α-Al_(2)O_(3)。系统研究热障涂层的异物损伤行为,并采用第一性原理计算对α-Al_(2)O_(3)/c-ZrO_(2)界面进行研究。结果表明,PS-PVD、大气等离子喷涂(APS)和电子束-物理气相沉积(EB-PVD)热障涂层的冲蚀质量损失率分别为324、248和139μg/g,而Al_(2)O_(3)改性的PS-PVD热障涂层的冲蚀质量损失率降至199μg/g。此外,在Al_(2)O_(3)/ZrO_(2)-O的顶部构型模型中观察到的界面结合能最高(3.88 J/m^(2)),远高于ZrO_(2)/Ni(2.011 J/m^(2)),使界面结合性能得以提高。

等离子物理气相沉积高熵合金涂层及组织性能

采用等离子物理气相沉积的方法在316L不锈钢表面制备了AlCoCrFeNi高熵合金涂层,研究了喷涂距离和电流对高熵合金涂层物相组成、表面形貌、截面形貌、硬度、结合强度和耐磨性的影响。结果表明,不同喷涂距离和电流下,高熵合金涂层都主要由BCC、B2和FCC相组成;随着电流或者喷涂距离增加,涂层中BCC平均晶粒尺寸先增后减。当喷涂距离为460 mm时,随着电流从1600A增加至2000A,涂层平均摩擦系数逐渐增大,表面和截面硬度先减后增,涂层结合力和结合强度先增大后减小,涂层的磨损率先增加后减小;当电流为1800A时,随着喷涂距离从420mm增加至500mm,涂层平均摩擦系数逐渐减小,表面硬度先减后增,截面硬度先增后减,涂层结合力和结合强度逐渐增大,涂层的磨损率逐渐减小。高熵合金涂层的磨损率与涂层表面硬度和内聚强度都有一定相关性。

基于ANSYS的物理气相沉积真空装置力学分析

PVD用真空装置是实现真空镀膜试验的重要设备,必须保证真空装置在实际工况和载荷的作用下十分安全可靠,不发生破损事故。文中采用ANSYS软件对真空装置建模、划分网格、确定边界,并施加实际载荷、地震载荷,计算在设计工况、正常工况、异常工况及事故工况下的应力值。采用计算值对原有的设计进行了修正,将壁厚从原始设计14 mm改为10 mm,节省了9%的不锈钢材料。修改后的设计方案仍可满足RCC-M规范要求。

用于半加成工艺的物理气相沉积制程研究

常规的半加成(SAP)工艺制作线路是通过化学沉铜在积层介质层上镀一层薄铜。物理气相沉积(PVD)可以在聚合物树脂表面溅射薄铜。研究了PVD制程中影响溅射铜与基材树脂表面附着力的因素,初步探讨了影响溅射铜附着力的机理,并开展了盲孔制作的相关影响因素研究。结果表明,溅射前树脂表面的处理条件、溅射功率、烘板温度等都会对铜与基材树脂表面附着力有影响,且采用PVD法制作盲孔具有可行性。另外,PVD镀层均匀性对线路和盲孔的可靠性十分重要,对影响镀层均匀性的因素开展了相关研究。

电子束物理气相沉积技术研究进展

电子束物理气相沉积是真空蒸发技术的一种,具有蒸发速率高和无污染的特点,目前广泛应用于材料表面涂层的制备。将离子束辅助和等离子辅助与电子束物理气相沉积技术相结合,可以提高蒸发粒子入射能量和扩散能力,改善由于电子束物理气相沉积工艺本身存在阴影效应和扩散能力低而引起的沉积材料的不致密等不足。介绍了电子束物理气相沉积技术的概况,并展望了该技术的未来应用及发展前景。

电子束物理气相沉积热障涂层的高温氧化行为

采用电子束物理气相沉积（EB-PVD）在 Ni-Cr-Al-Y粘结层上沉积 Y2O3部分稳定的ZrO2陶瓷层（YSZ）,进行了 900,1000,1100℃的恒温氧化和1050℃的循环氧化实验,用扫描电镜（SEM）、能谱（EDS）和X射线衍射（XRD）对样品进行观察分析.结果表明:恒温氧化最初20 h,1100℃的增重比 900℃和 1000℃的都要小.热循环过程中产生的热应力和氧化物生长应力等导致粘结层氧化物（TGO）/NiCrAlY粘结层界面开裂,引起 EB-PVD热障涂层失效.

电子束物理气相沉积TiAl基合金薄板的物相及显微分析

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术,成功制备了尺寸为150mm×100mm的TiAl基合金薄板,并利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等测试手段,对真空退火或热压前后试样的显微形貌、物相组成等进行了分析。结果表明,蒸镀态TiAl基合金薄板由γ相、α2相和τ相组成,成分呈梯度变化,内部自然分层,显微组织结构为柱状晶;经1000℃,16h的真空退火处理后,柱状晶和τ相消失,α2相含量显著减少,成分趋于均匀化;而经1250℃,1h的真空热压处理后,材料致密度得到明显提高。TiAl基合金薄板经真空退火或热压处理前后,断裂方式由沿晶断裂转变为解理断裂和沿晶断裂的混合断裂方式。

电子束物理气相沉积工艺制备超薄高温结构材料的研究

介绍了包括热障涂层、高温合金薄板、金属/陶瓷及金属/金属间化合物微叠层薄板等金属热防护系统结构材料的特点,并简要介绍了电子束物理气相沉积设备的工作原理、结构及其工艺特点。着重评述了利用该工艺制备多种体系高温结构材料的研究现状,最后对未来的发展趋势作出了客观的评价与展望。

电子束物理气相沉积Nd_2O_3和Yb_2O_3共掺杂的YSZ热障涂层研究

采用固相烧结的方法制备了10mol%Nd2O3和Yb2O3共掺杂的YSZ(3.5mol%Y2O3部分稳定的ZrO2)材料。掺杂材料为t/t′相,而8YSZ则为t/t′与m的混合相。测试结果表明:1100℃时掺杂材料的热扩散系数为4.10×10-7m2/s,而8YSZ(8wt.%Y2O3部分稳定的ZrO2)的则为6.41×10-7m2/s。在200～1300℃温度范围内,掺杂材料的比热容均大大低于8YSZ。电子束物理气相沉积的掺杂材料的热障涂层陶瓷层为树枝晶结构。1100℃下,掺杂材料的热障涂层热循环寿命为350～500h,而同等条件下8YSZ涂层仅为160～200h。

电子束物理气相沉积热障涂层抗高温腐蚀性能的研究

对采用电子束物理气相沉积方法制备的MCrAlY涂层、双层结构热障涂层以及新型梯度结构热障涂层的高温氧化性能以及热腐蚀性能进行了研究 .3种涂层均具有良好的抗高温氧化性能 ,但在 95 0℃等温热腐蚀环境下 ,涂层的氧化速率加快 .梯度热障涂层的增重小于NiCoCrAlY涂层 ,表明YSZ陶瓷层有助于提高NiCoCrAlY涂层的抗热腐蚀性能 ,但热循环寿命降低 .

电子束物理气相沉积技术及其应用现状

介绍了电子束物理气相沉积设备的结构、工艺特点及应用范围 ,并在此基础上介绍了电子束物理气相沉积技术在制备热障涂层。

电子束物理气相沉积La2Zr2O7热障涂层研究

为克服传统热障涂层材料YSZ耐温性能和隔热性能的不足，以ZrO2和La2O3为原料，采用无压烧结法合成了烧绿石结构化合物La2Zr2O7，用电子束物理气相沉积（EB—PVD）法在高温合金基体上制备了La2Zr2O7涂层，分析了涂层的成分，并对其显微结构、热物理性能与传统YSZ热障涂层进行了对比研究。结果表明，La2Zr2O7涂层成分处于P结构范围内，呈典型的柱状晶结构，柱状晶头部呈明显的金字塔形状。与传统YSZ柱状晶相比，La2Zr2O7涂层的柱状晶紊乱度更大，尺寸更加细小，并且柱状晶上的树枝状亚晶更多。在25～1200℃范围内，La2Zr2O7涂层的热导率最大为0．985W／（m·K），最小为0．796w／（m·K），大大低于同条件下的YSZ涂层。低本征热导率、小柱状晶直径、大紊乱度、密度轻及高孔隙率是造成La2Zr2O7涂层低热导率的主要因素。

电子束物理气相沉积制备NiCrCoAl合金在1000℃的氧化行为

对物理气相沉积制备的微晶材料Ni-11.5Cr-4.5Co-0.5Al高温合金薄板在1 000℃空气中恒温氧化进行了研究,用扫描电镜对氧化试样的表面和截面形貌进行观察,用X射线衍射仪与能谱仪对其相和成分分布进行了分析。结果表明:微晶材料高温合金板在初始氧化阶段遵循抛物线规律,长时间氧化时遵循四次方规律;氧化时表面形成细小、致密的氧化物层,随着时间的延长氧化物颗粒逐渐长大,外表面形成NiO、CoCr_2O_4和Cr_2O_3混合氧化物;氧化96h的截面有一连续Al_2O_3层在氧化物和基体界面形成。

高温快速退火对电子束物理气相沉积制备高硅硅钢片的影响

对电子束物理气相沉积高硅硅钢片进行了高温快速退火处理。用SEM,EDS,XRD对制备态硅钢片和热处理态组织,成分,物相进行了表征,并测试了其电阻率和磁滞回线。结果表面:高温快速退火使高硅硅钢片硅成分变均匀,靠近基板侧的相由Fe3Si变成DO3;硅钢片中孔长大,电阻率从90μΩ.m增大到160μΩ.m,矫顽力减小,磁感应强度减小。

等离子体辅助电子束物理气相沉积制备热防护涂层

电子束物理气相沉积(Electrom Beam-Physical Vapor Deposition,EB-PVD)是制备航空发动机热防护涂层的一种重要技术手段。采用等离子体辅助技术可进一步实现EB-PVD涂层的结构改性和性能提升。对等离子体辅助EB-PVD技术的研究现状进行了简要综述,并对等离子体辅助EB-PVD制备航空发动机MCr Al Y抗氧化涂层、氮化物抗冲蚀涂层及YSZ热障涂层研究进行了介绍。

电子束物理气相沉积YSZ热障涂层热循环性能

考察了YSZ热障涂层的抗热循环性能;分别利用SEM、XRD分析了热循环前后涂层的显微结构和相组成。经分析可知,YSZ热障涂层具有典型的柱状晶结构,沉积态时YSZ涂层为t/t′相,经过600次热循环后,YSZ涂层未发现脱落。

电子束物理气相沉积热障涂层抗冲蚀性能研究

本文采用真空电弧镀技术(AIP)在DZ408高温合金基体上沉积HY3(NiCrAlYSi)金属粘结层,采用电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)在HY3粘结层上沉积YSZ陶瓷面层,研究了热障涂层的抗冲蚀性能。对于沉积热障涂层的试样进行了抗冲蚀试验,来评价其抗冲蚀性能,通过扫描电镜(SEM)分析冲蚀前后的试样显微形貌,用X-射线衍射仪分析涂层的相结构,通过质量冲蚀率对涂层抗冲蚀性能进行表征。试验结果表明在相同冲蚀条件下,TBC涂层冲蚀率随冲蚀时间的增加而增加;涂层经光饰处理后降低了TBC的表面粗糙度,提高了TBC的抗冲蚀能力。