MCrAlY金属黏结层高温失效行为研究进展

随着航空发动机与燃气轮机涡轮进口温度的不断提高,MCrAlY(M=Ni,Co或NiCo)包覆型涂层因具有抗高温氧化以及高的热膨胀系数等优点,成为广泛应用的热障涂层金属黏结层材料。然而,高温服役环境下热障涂层中金属黏结层与陶瓷面层界面应力分布状态愈加复杂,黏结层界面失效导致陶瓷面层的剥落,限制了其在热防护涂层领域的发展。本文简述了黏结层的发展进程,重点阐述高温相转变、热应力和生长应力增加以及S元素扩散等因素导致的黏结层界面的失效行为,分析黏结层界面失效机理,归纳总结了国内外针对金属黏结层界面失效的改进研究工作,并在此基础上提出采用稀土及纳米颗粒协同强化MCrAlY材料,为未来热障涂层体系的优化设计提供了研究方向。

激光冲击金属黏结层高温热循环应力演化规律的有限元模拟

目的 探索激光冲击(LSP)对高温热循环(反复升温、保温和降温)过程中热障涂层中的热生长氧化物(TGO)表面及TGO/黏结层(BC)界面应力分布的影响规律。方法 基于真实TGO形貌,建立有限元模型,从应力演化角度分析LSP改性(LSPed)与未改性(Non-LSPed)试样危险区域的失效形式;使用拉曼光谱法(RFS)对氧化后的金属黏结层进行残余应力测试。结果 TGO应力分布随着形貌的起伏呈现相应的起伏变化。TGO表面压应力最大值出现在波峰位置,经10次热循环后LSPed试样TGO表面S11(平行于涂层表面的正应力)压应力最大值大于Non-LSPed试样,经50次热循环后LSPed试样TGO表面压应力最大值远小于Non-LSPed试样;随着热循环次数的增加,2类试样TGO/BC界面S11应力的差别变小。LSPed试样TGO表面S22(垂直于涂层表面的应力)应力随着热循环次数的增加逐渐增大,但S22拉应力小于250 MPa,应力总体偏低。TGO/BC界面S22、S12(平行于涂层表面的剪切应力)应力随循环次数的变化规律基本一致,经10次热循环后,LSPed试样的S22、S12应力均大于Non-LSPed试样;经50次热循环后,2类试样界面的S22、S12应力相差不大。结论 文中构建的TGO应力有限元仿真模型,模拟结果与测试结果吻合。LSP通过调控TGO生长速度,可以有效缓解TGO生长过程中应力的剧烈变化,大幅降低TGO表面S11和S12应力最大值,进而降低TGO表面产生垂直于表面贯穿裂纹和剪切破坏的风险,LSP对TGO表面(TGO/BC界面)应力状态的影响较小。

Al掺杂CoCrNiAlY金属黏结层的高温抗氧化行为研究

采用电弧离子镀技术在GH4169高温合金表面制备CoCrNiAlY和Al掺杂CoCrNiAlY涂层,系统开展涂层的高温抗氧化行为与机理研究,利用XRD、SEM和EDS等微尺度分析表征方法,全面解析涂层的物相结构特征、氧化反应产物及表/截面微观形貌。研究结果表明,未掺杂CoCrNiAlY涂层表现较差的结构稳定性和抗氧化性能,涂层呈持续氧化增重趋势,200 h涂层质量增重达0.38 mg/cm^(2)。然而,Al掺杂显著提升CoCrNiAlY涂层的高温抗氧化性能与结构稳定性,质量增重率先迅速增大后趋于稳定,200 h涂层的质量增重约0.30 mg/cm^(2)。本研究结果充分证实Al元素掺杂可显著改善CoCrNiAlY金属黏结层抗氧化性能。

钢桥面聚氨酯改性环氧树脂黏结层的受力特性

为分析钢箱梁铺装层与钢桥面黏结层间的受力特性,采用有限元软件ANASYS建立钢箱梁整桥模型,采用聚氨酯改性环氧树脂作为钢桥面铺装结构的黏结层,模拟计算分析车辆荷载工况、钢桥跨径、铺装层厚度、黏结层厚度、温度变化、水平荷载等不同因素对黏结层界面受力的影响。结果表明:正常行驶条件下,黏结层界面横向剪应力显著大于纵向剪应力,车辆荷载作用于钢箱梁间且距横隔梁纵向距离越大时黏结层界面剪应力越不利,荷载作用于钢箱梁边缘且靠近横隔梁时界面法向拉应力最不利;钢桥跨径对黏结层受力影响较小;随黏结层厚度增大,黏结层界面剪应力减小,法向拉应力增大;随铺装层厚度增大,黏结层界面剪应力和界面法向拉应力减小;随温度升高,黏结层界面应力显著减小;随摩擦因数增大,黏结层界面剪应力增大,法向拉应力变化不大。

钢桥面聚氨酯改性环氧树脂碎石黏结层材料设计

聚氨酯改性环氧树脂以较高的黏结强度及优良的变形性能成为钢桥面黏结层材料选择之一。根据钢桥面黏结层层铺法特点,制作了钢板+黏结层+SMA复合试件,以层间抗剪强度为评价指标,将黏结层各材料用量作为变化因素,采用正交试验方法进行五因素四水平试验设计和分析。结果表明:聚氨酯改性环氧树脂碎石与钢板间黏结强度高,复合试件破坏均发生在黏结层与上覆层SMA之间;热熔型改性环氧树脂用量对黏结层剪切强度影响最大,第一层碎石撒布量影响最小;热熔型改性环氧树脂、第二层碎石及聚氨酯改性环氧树脂用量3个因素变化时,层间剪切强度均先增大后减小,最佳用量分别为1.9 kg·m^(-2)、6.0 kg·m^(-2)和2.4 kg·m^(-2);第一层碎石撒布量建议为6.0 kg·m^(-2),聚氨酯改性环氧树脂用量应在小于2.1 kg·m^(-2)区间进一步试验确定。

基于正交设计的工厂化橡胶沥青防水黏结层影响因素研究

为提升工厂化橡胶沥青作为防水黏结层时的性能,改善桥面铺装防水效果,通过正交设计的方法研究在工厂化橡胶沥青用量、集料粒径、集料撒布量在不同条件下的防水黏结层的抗剪强度与黏结强度变化,然后通过工厂化橡胶沥青防水黏结层在常温、高温下剪切强度和黏结强度的影响关系,分析得出单向性能的最佳组合,最后综合各项性能和实际用量的支撑下得出综合性能最优组合为工厂化橡胶沥青:1.5~2.0kg/m^(2),集料粒径为4.75~9.5mm;集料撒布量为7~9kg/m^(2)。

水泥混凝土桥面防水黏结层性能研究

本文旨在深入探讨水泥混凝土桥面防水黏结层的性能,通过实验室测试和分析,以期为桥面防水工程提供科学依据和技术支持。在实验准备部分,文章详细列出了所需的实验仪器和试剂,并详细描述了SBS改性沥青、环氧沥青和FYT纤维增强聚合物的制备过程。接下来,采用一系列性能测试方法来评估防水黏结层的性能,包括防水性能测试、粘结强度测试和剪切测试。在结果与讨论部分,分析了不同材料的防水黏结层在防水性能、粘结强度和抗剪切强度方面的表现。经实验得出,因材料性质各有差异,不同材料的防水黏结层在性能上存在显著差异,因此在选择防水黏结层材料时要根据材料和工程要求具体分析。以期通过本文对水泥混凝土桥面防水黏结层性能的深入研究,可为桥面防水工程提供了重要参考,也可为未来防水黏结材料的研究和发展提供理论指导。

CoNiCrAlY黏结层结构设计及其对热障涂层结合强度和抗热震性能的影响

目的设计热障涂层黏结层结构,改善涂层结合强度和抗热震性能。方法制备了5种结构的CoNiCrAlY黏结层,即超音速火焰喷涂(HVOF)底层+等离子喷涂(APS)上层的双层结构黏结层试样,对其进行1050℃真空热处理3 h后的试样,APS黏结层试样,HVOF黏结层试样及其真空热处理试样。再在以上5种试样表面制备Y2O3部分稳定ZrO2(YSZ)陶瓷层,研究黏结层的表面粗糙度、相组成、微观组织结构及其对涂层试样结合强度、热震性能的影响。结果制备态的黏结层由γ/γ’和β-NiAl两相组成,真空热处理后β相含量增多,表面粗糙度下降。在所有涂层试样中,双黏结层的涂层试样的结合强度最低,为28.43 MPa;对其真空热处理后得到的涂层试样的结合强度最高,达到39.42 MPa,主要原因在于热处理促进了两黏结层之间的扩散,提高了界面强度。双黏结层的涂层试样的抗热震性能最好,200次热震后涂层无明显剥落,而APS黏结层的涂层试样的抗热震性能最差,涂层抗热震性能的差异在于黏结层微观结构的不同。结论双黏结层的结构设计综合了APS、HVOF两种黏结层制备方法的优点,能显著提高热障涂层的抗热震寿命。

水泥混凝土桥面防水黏结层性能研究

桥梁对不利地形有着独特的跨越作用,极大地方便了交通运输,在公路网中广泛使用,它对交通起着至关重要的作用。防水黏结层是桥面铺装中的重要功能层,但其质量极易受到所用防水黏结材料性能的影响。针对目前桥面防水黏结层材料存在的耐高温性能差和施工黏轮,以及低温柔韧性差等问题。采用环氧改性水性聚氨酯、环氧改性丙烯酸乳液制备高性能防水黏结材料,以水性环氧沥青和SBS改性沥青为对比,研究不同环氧改性水性聚氨酯、环氧改性丙烯酸乳液掺量对防水黏结层耐热性和柔韧性、力学性能和高温黏轮性能的影响,开发一种综合性能优异的高性能水泥桥面防水黏结材料。研究表明:环氧改性水性聚氨酯可用于制备综合性能优异的水泥桥面防水黏结材料;环氧改性水性聚氨酯和环氧改性丙烯酸乳液均可用于制备高性能防水黏结材料,当环氧改性水性聚氨酯掺量为40%和环氧改性丙烯酸掺量为30%时,其耐热性与水性环氧沥青相当,明显优于PG76-22改性沥青;当环氧改性水性聚氨酯掺量为50%时,附着力拉拔强度、复合件拉拔强度和复合件剪切强度等各项性能指标均满足江苏省地方标准的要求,且保证在桥面温度70℃情况下,不会被施工车辆带走而造成防水黏结层产生破坏。

桥面铺装树脂型防水黏结层材料研究进展

为进一步促进树脂型防水黏结层材料的研究与应用,全面调查了目前常用的树脂型防水黏结层类型,梳理总结了树脂型防水黏结层的拉伸性能、环境适应性、抗渗水性能与黏结性能。结果表明:目前常用的树脂型防水黏结层材料主要分为环氧树脂型防水黏结层与甲基丙烯酸甲酯(MMA)防水黏结层两大类;树脂型防水黏结层材料均具有良好的拉伸强度、环境适应性与抗渗水性能;树脂型防水黏结层与桥面板的黏结强度主要受防水黏结层类型、桥面板粗糙程度与洒布量等因素影响,环氧树脂型防水黏结层的黏结性能优于MMA型防水黏结层。

钢-粗骨料活性粉末混凝土桥面板防水黏结层组合体系研究

防水黏结层破坏是导致沥青混合料桥面铺装病害的一个主要原因,为提高钢-粗骨料活性粉末混凝土桥面板沥青铺装结构的耐久性,选择PB-Ⅱ型防水涂料、溶剂型黏结剂、复合改性沥青3种防水材料作为比选材料,通过防水黏结层与桥面板、沥青面层的黏结强度试验比对,提出一种适合钢-粗骨料活性粉末混凝土桥面板的防水黏结层组合体系,并简要介绍其关键施工工艺。

胶粉改性沥青碎石黏结层受力特性分析

针对沥青路面半刚性基层与面层间黏结薄弱的问题,采用胶粉改性沥青碎石作为黏结层,以减小层间破坏。通过室内剪切试验建立了胶粉改性沥青碎石黏结层抗剪强度与影响因素之间的关系,对比分析了不同温度、正应力水平作用下基质沥青、乳化沥青及胶粉改性沥青的黏结性能。试验结果表明:胶粉改性沥青碎石的层间抗剪性能优于其他两类沥青材料,且其层间抗剪性能与温度变化呈负相关,与正应力呈正相关。

基于正交设计的工厂化橡胶沥青防水黏结层影响因素研究

为了提升工厂化橡胶沥青作为防水黏结层时的性能,改善桥面铺装防水效果,文章通过正交设计的方法研究在工厂化橡胶沥青用量、集料粒径、集料洒布量不同条件下的防水黏结层的抗剪强度与黏结强度变化,然后通过工厂化橡胶沥青防水黏结层在常温、高温下剪切强度黏结强度的影响关系分析得出单向性能的最佳组合,最后综合各项性能和实际用量的支撑下得出综合性能最优组合:工厂化橡胶沥青为1.5~2kg/m2;集料粒径为4.75~9.5mm;集料洒布量7~9kg/m2为。

基于二次热固化环氧沥青黏结层的超薄磨耗层应用研究

为解决山西晋焦高速公路部分路段路面抗滑不足及轻度破损的问题,文章创新性地提出采用基于二次热固化环氧沥青黏结层的超薄磨耗层技术,通过合理优化级配设计,在室内开展各项材料和配合比试验。通过试验路铺筑,总结施工过程控制要点,并连续两年对试验路进行性能检测。研究表明,混合料各项马歇尔性能均能满足设计要求。该方案能改善行车舒适性,提高行驶安全性,拥有良好的服役性能,能有效解决该项目存在的技术难题。

混凝土桥面沥青铺装防水黏结层材料性能研究

为了评价不同类型桥面防水黏结层材料的性能,在实验室对水性环氧沥青、橡胶沥青和SBS改性沥青三种防水黏结层材料进行不同洒布量、温度、浸水和冻融条件下的抗剪切和拉拔性能试验.研究结果表明:三种防水黏结层材料的耐腐蚀性和不透水性均较优,水性环氧沥青的黏结强度、低温柔韧性、高温耐热性、温度敏感性、水稳定性、抗水损坏性均优于橡胶沥青和SBS改性沥青;推荐橡胶沥青、SBS改性沥青和水性环氧沥青分别采用洒布量为1.6、1.4、1.0 kg/m 2进行工程应用.

DZ466合金热障涂层CoCrAlY黏结层1050℃氧化行为

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)法在一种新型定向合金DZ466试样上沉积CoCrAlY黏结层和Y2O3部分稳定的ZrO2(YSZ)陶瓷层,对试样进行1050℃循环氧化实验并研究其氧化行为。采用X射线衍射仪、扫描电镜以及电子探针对涂层进行显微组织分析。结果表明:在1050℃氧化1500h(热循环31次)后,热障涂层未出现脱落现象。沉积态CoCrAlY黏结层主要由β-CoAl相和γ-Co固溶体相组成;1050℃氧化后,在黏结层与陶瓷层界面生成热生长氧化物(TGO)层,黏结层逐渐发生退化,β-CoAl相逐渐转化为γ-CoNi固溶体;氧化1200h后,TGO/黏结层界面出现由活性元素效应导致的氧化物栓;TGO层皱曲行为导致TGO/陶瓷层界面出现微裂纹,并且该微裂纹沿界面横向扩展。TGO的厚度增长模式符合分段抛物线规律,初期氧化速率常数约为6.1×10-14cm2/s,氧化400h后,氧化速率常数减小,为3.5×10-14cm2/s。

水泥混凝土桥面改性环氧树脂防水黏结层性能

基于45°剪切角的复合试件剪切试验，进行了改性环氧树脂防水黏结层的设计和性能评价．结果表明：改性环氧树脂防水黏结层的剪切强度主要受树脂用量和树脂混合到沥青混合料摊铺之间间歇时间的影响．改性环氧树脂用量宜≥0．6L／m2，玄武岩碎石粒径为1．18～3mm或3～5mm，碎石对防水黏结层表面的覆盖率为90％，24℃下施工间歇时间应小于12h．与其他材料防水黏结层相比，改性环氧树脂防水黏结层具有更好的高温性能、低温抗冻性能和抗疲劳性能，但造价较高，推荐用于裂缝较多的水泥混凝土桥面．

环境障涂层黏结层的研究进展

碳化硅陶瓷基复合材料(SiC/SiC)具有优异的高温力学性能和热稳定性,在航空发动机高温热端部件上展现出了巨大的应用潜力。但碳化硅陶瓷基复合材料在水汽环境下容易腐蚀,必须应用环境障涂层(Environmental barriercoatings,EBCs)对其进行保护,在环境障涂层和碳化硅陶瓷基复合材料间还必须使用过渡层,主要用于增强EBCs与基底之间的附着力,减少基底与环境障涂层之间热膨胀失配。对EBCs的Si黏结层、复合黏结层研究进展进行了详细评述,最后对EBCs黏结层的发展方向进行了展望。

橡胶环氧沥青碎石防水黏结层抗剪性能研究

为了研究钢桥面铺装用橡胶环氧沥青碎石(REAS)防水黏结层的抗剪性能,并分析其与桥面坡度及环境温度频繁变化的关系,进行不同剪切角度和不同冻融循环次数的斜剪试验,通过剪切界面正应力与抗剪强度的线性拟合关系计算REAS防水黏结层的黏聚力及内摩擦角,并基于能量法理论对其剪切耗散能进行研究.结果表明:添加橡胶粉的环氧沥青黏结料(EA)体系内形成了新的化学交联和物理缠结,表现出更好的黏结性能、抗变形能力和低温柔韧性;不同的剪切角度及冻融循环次数下,REAS防水黏结层的抗剪强度及剪切位移均大于EA防水黏结层,表现出更好的抗剪性能.同时,REAS防水黏结层的抗剪强度随着剪切角度的增加呈幂函数减小趋势,随冻融循环次数的增加呈抛物线型衰减,5次冻融循环后,REAS防水黏结层的剪切耗散能相对于未冻融循环的剪切耗散能减小了46.0%,说明冻融循环对REAS防水黏结层的抗剪性能影响显著.

整桥-温度-重载耦合作用下钢桥面黏结层力学分析

建立了整桥鱼脊骨模型和基于复合材料层合板单元的铺装层体系计算模型.首先分析了整桥应力场及局部梁段的温度场对防水黏结层的作用效应以及最不利工况,然后得到黏结层在重载、整桥应力场及日照温度场耦合作用下的最不利层间剪应力.计算结果表明:整桥应力场作用时,黏结层在受扭梁段受层间横向剪应力为主,而在受弯及受拉梁段受层间纵向剪应力为主;当日照温度场作用时,受层间横向剪应力较大;重载作用下,黏结层层间横向剪应力明显大于纵向剪应力,且与荷载集度呈线性关系.在整桥-温度-重载多场耦合作用下,分析得到黏结层的最不利受力状态,并基于贡献率的概念,分析了整桥应力场、日照温度场及车辆荷载各自对黏结层层间剪应力的贡献情况.车辆荷载作用对黏结层层间横向剪应力的贡献率仅为80.1%,对黏结层层间纵向剪应力贡献率为89.3%.