偏压梯度TiAlN涂层高温氧化与抗高温粒子冲蚀性能

采用连续偏压的沉积工艺与磁过滤阴极真空弧技术在TC4钛合金表面成功制备偏压梯度TiAlN涂层,对涂层的高温氧化性能与抗高温粒子冲蚀性能分别进行了考核,并对考核前后涂层的表面形貌、成分、相结构变化,以及冲蚀损伤特征进行了测试与表征。结果表明,400℃高温氧化后偏压梯度TiAlN涂层表面颜色加深,且保持完整平滑,无明显损伤;偏压涂层表面氧原子分数为20.9%,质量增加为0.81μg/mm^(2),偏压涂层结构更加致密,抑制氧元素向内扩展,抗氧化性能较bias-50 TiAlN涂层更佳。400℃下高温粒子冲蚀条件下,偏压梯度TiAlN涂层在30°与90°冲蚀角度下的冲蚀率分别为0.26 mg/g、0.24 mg/g,低于bias-50 TiAlN涂层,表现出更加优异的抗高温粒子冲蚀性能;在400℃条件下,钛合金基体与TiAlN涂层未发生明显的氧化损伤,高温粒子冲蚀损伤均为冲蚀主导机制。

离子辅助电弧沉积ZrN梯度涂层抗固体粒子冲蚀行为研究

为有效提高2Cr13不锈钢表面大攻角固体粒子冲蚀(SPE)抗力,利用离子辅助电弧沉积技术在氮化预处理的2Cr13钢表面制备了不同结构、不同厚度的ZrN梯度涂层,研究了涂层结构和厚度对膜基结合强度、涂层显微硬度、韧性、动静态承载能力以及抗固体粒子冲蚀行为的影响。结果表明:将合理结构的ZrN梯度涂层与离子氮化有机复合,能够获得承载能力高、界面应力应变协调性好、结合强度高、强韧性配合合理,抗多冲疲劳和抗塑性流变性能优的复合改性层,其90°大攻角SPE抗力显著高于2Cr13不锈钢基材。ZrN梯度涂层的SPE抗力同时与涂层厚度密切相关,当ZrN梯度涂层较薄时,其协调变形能力及承载能力较低,在冲击载荷作用下容易出现脱层失效,因而SPE抗力较低;当ZrN梯度涂层太厚时,涂层韧性和内聚强度降低,内部残余应力较大,受外界冲击载荷作用时容易出现局部脱层,因此SPE抗力亦不高。

ZrN单层、多层、梯度层及复合处理层对不锈钢固体粒子冲蚀行为的影响

对比研究了离子镀ZrN单层、多层、梯度层及其与离子渗氮复合处理对2Cr13马氏体不锈钢抗大小攻角固体粒子冲蚀性能的影响规律,通过硬度、韧性、结合强度、动静态承载能力等特性的综合测试与分析,探讨了表面处理层对不锈钢固体粒子冲蚀行为的作用机制.结果表明,上述4种表面改性层均显著提高了2Cr13不锈钢表面的硬度和抗微切削能力,因而有效改善了2Cr13钢抗30°小攻角固体粒子冲蚀性能.经离子渗氮层上沉积ZrN梯度层的复合处理后,其硬度由表面至基材呈梯度分布,界面应力分布连续性好,承载能力和抗塑性变形能力高,多冲疲劳性能优,能够显著提高基材抗90°大攻角固体粒子的冲蚀能力.然而,ZrN单层、多层、梯度层的抗多冲疲劳性能较差,其抗大攻角固体粒子的冲蚀能力反而不及2Cr13基材.

喷丸强化因素对钛合金固体粒子冲蚀抗力的影响

探讨了喷丸强化(SP)因素(残余压应力引入、表面粗糙度增大和表面加工硬化等)对Ti6Al4V钛合金固体粒子冲蚀(SPE)行为的影响和作用机制,为充分发挥SP改进航空发动机零部件服役性能的潜力提供依据。结果表明:Ti6Al4V合金表面直接喷丸处理,其SPE抗力无明显改变;SP处理后进行表面抛光,Ti6Al4V合金SPE抗力明显增加。SP造成的表面粗糙度增大导致了钛合金在大小冲击攻角下的SPE抗力的下降;SP引入的表面残余压应力对提高钛合金在90°大攻角下的SPE抗力起了重要作用,原因是SP残余压应力增加了裂纹闭合力和抑制了疲劳裂纹早期扩展;SP引起的表面加工硬化作用对提高钛合金在30°小攻角下的SPE抗力有重要贡献,这归于加工硬化提高了材料表面在小攻角下的微犁削抗力。

喷丸强化对AISI 420不锈钢固体粒子冲蚀行为的影响

研究了喷丸强化(SP)对AISI 420马氏体不锈钢抗固体粒子冲蚀(SPE)行为的影响,探讨了喷丸引起的表面残余压应力,表面粗糙度增大和表面加工硬化等三因素对SPE抗力的作用机制。结果表明:SP处理对AISI 420不锈钢在30°攻角下的SPE抗力无明显影响,但却降低了该钢在90°攻角下的SPE抗力。SP处理后进行表面抛光,则使该钢在两种攻角下的SPE抗力均得以提高。SP三因素对SPE抗力的作用机制主要有:表面粗糙化增大了试样表面对冲蚀粒子的有效暴露面积,因而降低了不锈钢在两种攻角下的SPE抗力;表面残余压应力能够有效抑制疲劳裂纹萌生和早期扩展,因而能有效提高AISI 420不锈钢的SPE抗力,特别是对90°垂直冲击条件下SPE抗力的提高作用更为明显;表面加工硬化提高了材料表面的微犁削抗力,因而对提高AISI 420钢在30°攻角下的SPE抗力有贡献,但是表面加工硬化层的抗多冲疲劳性能差,却不利于AISI 420钢在90°攻角下抗SPE性能的改善。

不同攻角状态下TC4合金的固体粒子冲蚀行为研究

通过固体粒子冲蚀试验,对比研究了不同攻角下TC4合金的冲蚀行为。试验结果表明,TC4合金在小攻角(30°)冲蚀状态下的冲蚀率要明显高于其大攻角(90°)状态下的冲蚀率。在小攻角冲蚀状态下,TC4合金的冲蚀机制主要以切削冲蚀和犁沟冲蚀为主,而其在大攻角下的冲蚀机制则以多冲型疲劳破坏为主。

锆改性对硅化物涂层耐固体粒子冲蚀性能的影响

采用组成(质量分数/%)分别为15Si-5NaF-80Al_2O_3、15Si-10Zr-5NaF-70Al_2O_3的渗剂,应用扩散渗工艺在TC4合金表面制备了单一硅化物涂层和锆改性硅化物涂层,对比研究了2种涂层的显微组织以及在不同冲蚀角度下的耐固体粒子冲蚀行为。结果表明:2种涂层均可分为3层,由(Ti,X)Si_2(X为铝、钒或锆)相组成的外层、由TiSi相组成的中间层以及由Ti_5Si_4+Ti_5Si_3相组成的内层,锆改性硅化物涂层的组织更致密,且无裂纹存在;2种涂层的冲蚀率均随冲蚀角度的增大而增加,但锆改性硅化物涂层表现出更好的耐固体粒子冲蚀性能;在大冲蚀角度下,锆改性对硅化物涂层耐固体粒子冲蚀性能的改善效果比在小冲蚀角度下的更加显著。

CaLa_2S_4的固体粒子冲蚀

该文研究新型红外透射材料ＣａＬａ２Ｓ４在高速固体粒子冲蚀下的破坏规律．包括：冲蚀裂纹的形成和扩展，小碎片的形成和振荡，冲击速率（从２２ｍ·ｓ－１到１８０ｍ·ｓ－１）对蚀坑发展和冲蚀率的影响．并且对ＣａＬａ２Ｓ４在冲蚀条件下的塑性变形及其临界冲击速率、以及水平裂纹表面的扩展条纹进行了分析讨论．

表面处理对17-4PH不锈钢抗固体粒子冲蚀性能的影响

为对比研究表面处理对17-4PH不锈钢抗固体粒子冲蚀性能的影响,在17-4PH不锈钢表面进行了多弧离子镀陶瓷/金属多层膜制备、激光表面合金化(LSA)处理和超音速火焰喷涂(HVOF)硬质合金层处理,利用划痕仪、自组装的不锈钢抗固体粒子冲蚀(SPE)装置、多冲疲劳试验机对上述三种表面处理试样的小攻角和大攻角SPE失效行为和机理进行了研究。结果表明,微切削是17-4PH不锈钢及其表面改性试样小攻角下固体粒子冲蚀破坏的主要失效机制,多冲型疲劳破坏是17-4PH不锈钢及其表面改性试样大攻角下固体粒子冲蚀的主要失效机制。HVOF WC-17Co涂层可显著提高17-4PH不锈钢30°小攻角和90°大攻角下SPE抗力。激光表面合金化层能够改善17-4PH不锈钢抗30°小攻角和90°大攻角下SPE性能,但SPE性能改善效果弱于HVOF喷涂涂层。TiAl N/Ti多层膜不能显著提高17-4PH不锈钢抗30°小攻角和90°大攻角的SPE性能。

Al添加量对反应熔渗C/C-SiC复合材料粒子冲蚀特性的影响

本文基于气固两相流冲击测试方法,对反应熔渗中添加不同Al含量的C/C-SiC粒子的冲蚀特性进行了研究。采用SEM、EDS以及XRD对材料冲蚀前后的形态、微结构、物相等进行了分析,结果表明,冲蚀率和Al添加量之间呈U型曲线关系,除材料致密度对其抗冲蚀性有重要影响外,分布在碳和残余Si之间的混合物,即SiC混杂塑性Al,通过塑性变形、诱导裂纹偏转、粘连碎裂Si等耗能方式也对材料的冲蚀行为和耐冲蚀能力起重要作用。

爆炸喷涂CrC涂层耐固体粒子侵蚀性能研究

为研究不同状态下固体颗粒对爆炸喷涂CrC涂层性能的影响,改善产品耐固体颗粒的冲蚀性能,采用爆炸喷涂技术制备涂层,研究了不同温度、颗粒速度、冲击角度下涂层的磨损率,分析温度、固体颗粒速度、粒子冲击角度对涂层抗冲蚀性能的影响。结果表明:爆炸喷涂CrC涂层在不同温度和速度下磨损率都表现出随角度的增大而增加的趋势,在90°时达到最大,表现为典型脆性材料的磨损特性。

高铁列车涂层的抗冲蚀破坏机制研究

针对动车组表面涂层在运行过程中受到微细粒子高速冲蚀磨损的问题,采用有限元数值模拟及冲蚀磨损试验系统研究了微细粒子速度、入射角度、粒子尺寸等对涂层冲蚀磨损率的影响规律,分析了聚氨酯涂层的抗冲蚀破坏机制,主要表现为低角度冲蚀时的微切削及高角度冲蚀时的脆性破碎机制。研究结果表明,涂层的冲蚀磨损率随粒子速度呈现幂增长,冲蚀磨损率在粒子速度从70 m/s变为80 m/s时增幅达87%;涂层在一定程度上呈现韧性材料冲蚀磨损特性,冲蚀磨损率在入射角15°时达到峰值0.94 mm^(3)/g;在不同粒径粒子垂直入射情形下,涂层均表现出脆性材料的破碎脱落冲蚀磨损机制。模拟计算的仿真结果与试验验证误差仅为7%,表明该模型建立与计算方法具有较高的有效性,可用于简化或替代试验手段,为风沙环境下涂层结构的优化提供依据。

PS-PVD热障涂层显微结构对耐侵蚀性能的影响研究

采用等离子喷涂物理气相沉积(PS-PVD)技术开展了热障涂层梯度结构调控研究,通过调整喷涂送粉速率,在底部、中间和顶部沉积阶段制备了五种不同的热障涂层,对热障涂层的显微组织、粗糙度、孔隙率、耐熔盐腐蚀和耐粒子冲蚀性能进行表征,阐明了显微结构变化对热障涂层耐侵蚀性能的影响。研究表明:送粉速率的变化对PS-PVD热障涂层羽柱状结构的沉积有显著的影响,低送粉速率下,涂层底部结构比较致密,当送粉速率增大时,由于粉末颗粒在喷涂过程气化不充分,未熔粒子增加,羽柱状顶部结构趋向致密结构转变,涂层顶部孔隙率下降,表面粗糙度降低。送粉速率由底至顶梯度递增制备的涂层表现出较高的耐熔盐腐蚀性能和耐粒子冲蚀性能。

核电站高压管道冲蚀、沉积问题的数值分析

为了研究核电站高压管道中氧化物粒子对管道的冲蚀、沉积现象,深入探究粒子对管道的冲蚀、沉积机理,本文利用计算流体力学软件,以90°弯管和变径管这两种具有代表性的特征管段为研究对象,根据核电站高压管道运行时的实际粒子数据,计算并分析了介质流动特性及对管壁的冲蚀、沉积特性。结果表明,固体粒子对管道冲蚀最严重的部位位于90°弯管轴向角θ=30°～60°外壁处,变径管入口处和变径处;粒子沉积热点与冲蚀最严重部位基本吻合。因此,在核电站大修期间,应着重对以上部位进行检测、维修与防护,以保证核电站安全稳定运行。

H_(2)对等离子喷涂–物理气相沉积射流及涂层结构性能影响研究进展

首先介绍了目前现有的等离子射流检测方法,着重综述了PS-PVD等离子射流非接触式检测手段—光谱诊断(OES)技术及其计算方法,以及通过此手段检测H_(2)对射流特性的影响。其次,从H_(2)对涂层物相、组织结构相和热导率的影响出发,介绍了现阶段国内外H_(2)工艺参数对于涂层微观形貌结构影响的研究现状。基于此,通过涂层抗粒子冲蚀能力和抗钙镁铝硅酸盐(CMAS)腐蚀能力对涂层的力学性能和热防护性能差异进行了总结与评价。最后展望了今后PS-PVD制备热障涂层技术兼顾力学性能与热防护性能的发展可能性。

DZ125合金表面Ce-Y改性铝化物渗层的组织及抗冲蚀性能

通过扩散渗法在DZ125合金表面制备了Ce-Y联合改性铝化物渗层,分析了共渗层的结构及相组成,并对其组织形成机理和抗冲蚀性能进行了研究。结果表明:1000℃/2 h下所制备的Al-Ce-Y共渗层具有多层结构,由外向内依次为Ni Al和少量Al_3Ni_2组成的外层,Al_3Ni_2内层及富Al的互扩散层,Ce、Y元素主要集中在共渗层的外层,起到细化晶粒及促渗的作用。固体粒子冲蚀结果表明:Al-Ce-Y共渗显著的提高了DZ125合金在小攻角下的抗固体粒子冲蚀性能,冲蚀机理为犁削和切削损伤;随着攻角的增大,Al-Ce-Y共渗层的冲蚀率逐渐增大,冲蚀机理向脆性断裂和疲劳破坏转变,当攻角为90o时,其冲蚀率高于DZ125基体。