涂层结构对AlSi/PHB封严涂层热应力影响的有限元分析

可磨耗封严涂层是提升航空发动机气密性和运行效能的一种重要途径,而涂层结构对其热应力及使用寿命具有重要影响。本研究以AlSi/PHB封严涂层为研究对象,利用ABAQUS有限元仿真软件和Python编程语言建立了具有不同结构参数的涂层有限元模型,系统研究了面层厚度、聚苯酯颗粒及孔隙结构特性对热震工况下涂层热应力的影响规律。结果表明:当面层厚度为0.1 mm~1.9 mm时,面层厚度对涂层-基体界面应力的影响小于其对涂层侧面应力的影响,且当面层厚度超过0.3 mm左右时,涂层中出现最大拉应力的部位由涂层-基体界面转变为涂层侧面;当聚苯酯颗粒含量为30 vol.%~50 vol.%时,随着聚苯酯含量的增加,涂层-基体界面和涂层侧面的峰值应力均波动不明显;当面层孔隙率为5 vol.%~15 vol.%时,涂层-基体界面峰值应力随孔隙率的增大呈现先降低后增大的趋势;当孔隙直径为60μm~110μm时,涂层内部峰值拉应力随孔隙直径的增大而增大。综合考虑涂层结构与热应力的关系,AlSi/PHB封严涂层的结构参数优选为:面层厚度为0.3 mm~1.1 mm之间,聚苯酯颗粒含量为40 vol.%~50 vol.%,面层孔隙率为11 vol.%左右,面层孔隙直径为70μm~80μm。

进给速率对AlSi/hBN封严涂层可磨耗性的影响

采用模拟工况的试验方法,利用高温超高速可磨耗试验机,研究了进给速率变化对AlSi/hBN封严涂层—TC4模拟叶片的磨耗行为及刮削性的影响,利用体视显微镜、扫描电子显微镜(SEM)分析了涂层和叶片的宏微观形貌;利用能谱仪(EDS)、X射线衍射分析涂层的相成分,结果表明:在温度为450℃,线速度为300m/s,进给深度500μm情况下,进给速率的改变对AlSi/hBN封严涂层—TC4模拟叶片的宏微观形貌和磨耗机制影响显著,低进给速率时,磨损严重,主要表现为切槽、叶片粘附转移和过热等机制;在中高进给速率时,可磨耗性较好,主要表现为切削和涂层材料向叶片的转移机制。

不同复合形式对AlSi/BN粉末及其涂层组织性能的影响

本文通过对两种组元的粒度设计,制备出BN与AlSi团聚、BN包裹AlSi、AlSi包裹BN三种形态的AlSi/BN复合粉末,通过大气等离子喷涂制备AlSi/BN可磨耗封严涂层,对粉末及涂层组织性能的研究结果表明,BN与AlSi团聚复合粉末涂层的BN含量最高,热稳定性最好。AlSi包裹BN复合粉末形成的涂层具有最高的硬度,其BN的损失特性为烧损和冲击型损失。

发动机用AlSi/BN、CuAl/NiCg封严涂层可磨耗性研究

利用高温高速可磨耗试验机,模拟发动机典型工况,进行了AlSi/BN、CuAl/NiCg封严涂层与TC4模拟叶片配副的可磨耗性验,分析了刮削磨耗试验后涂层和叶片的宏观形貌、涂层刮削深度、叶片磨损高度和总磨耗深度。结果表明：AlSi/BN涂层在不同进给速率下的刮削深度均远大于TC4叶片的磨损高度,涂层和叶片磨耗表面有凹槽,磨耗时有＂积屑瘤＂产生。CuAl/NiCg涂层在不同进给速率下的TC4叶片磨损高度为涂层刮削深度的2～4倍,涂层磨耗表面整体平整,局部有轻微剥落,磨耗时未产生＂积屑瘤＂。

镍基高温合金用AlSi/AlSiY涂层抗高温氧化性能研究

采用热浸镀的方法,在镍基高温合金DZ125样品表面制备Al、AlSi和AlSiY三种不同的铝化物涂层,研究1 000℃时涂层的抗高温氧化性能。利用扫描电子显微镜(SEM)以及能谱仪(EDX)对合金涂层的形貌以及元素成分分布进行观察分析。研究结果表明:在高温环境下,Al元素快速与氧反应生成氧化铝层。由于元素之间的相互扩散,纯Al涂层中的Al元素快速消耗,导致整个涂层的快速失效。AlSi和AlSiY涂层由于Si富集层的形成,有效地阻止了元素的互扩散,提高了涂层的抗氧化性能。AlSiY涂层中Y元素的添加,Si富集层更加均匀致密,并且Y与Si、Cr、Mo电负性差值较大,更易形成稳定化合物,极大提高了涂层使用寿命。AlSiY涂层的抗高温氧化性能更优于纯Al和AlSi涂层。

AlSi涂层的制备及其在空气中800℃下氧化行为的研究

采用先电弧离子镀再真空热处理的方法在耐热钢T91合金表面形成了2种AlSi扩散涂层。T91和2种AlSi扩散涂层在800℃空气中的等温氧化结果显示T91的氧化动力学近似服从直线规律而2种AlSi涂层均近似服从抛物线规律;T91在800℃空气中等温氧化时其表面生成了一层很厚且具有尖晶石结构不具有保护性的FeCr混合氧化物层;然而T91表面施加2种AlSi涂层后能显著降低其氧化增重,原因是高温氧化后在2种涂层表面均生成了一层连续、致密、与涂层结合良好且具有高温防护性的Al_2O_3氧化膜,因而对基体合金起到了良好的防护作用。

AlSi扩散涂层的制备及其在模拟燃煤环境中的热腐蚀行为

随着燃煤电站运行温度提高,会对电站耐热部件金属材料T91产生严重的高温热腐蚀,降低其设计使用寿命,因此,亟待开发耐热钢T91耐热腐蚀涂层。采用电弧离子镀技术在耐热钢T91表面制备一层Al5%Si镀层,然后在550℃真空热处理40 h形成AlSi扩散涂层;研究了该AlSi扩散涂层在650℃和750℃空气中典型燃煤环境中75%Na2SO4+25%NaCl盐膜下的热腐蚀行为。结果表明:耐热钢T91发生了快速热腐蚀,表面腐蚀产物主要是Fe和Cr的混合氧化物,易于剥落而不具有高温防护性能;而当T91表面施加Al5Si扩散涂层后,热腐蚀速度明显降低,表面腐蚀产物主要富含Al2O3,其抗热腐蚀性能较优,具有较好的高温防护性能。

铝硅聚苯酯涂层热稳定性及与钛合金叶片对磨刮削可磨耗性研究

采用大气等离子喷涂技术在Ti-6Al-4V合金表面制备了铝硅聚苯酯(AlSi/PHB)涂层,分别对涂层试样进行了静态空气下127℃、200℃、250℃和350℃的恒温氧化试验,分析了涂层的组织结构、硬度、结合强度随保温时间的变化,并对不同保温时间后涂层与钛合金叶片的对磨刮削可磨耗性进行了评价和研究,初步探讨了涂层在高温下服役的失效形式和机理。结果表明:AlSi/PHB涂层在200℃及以下表现出优异的热稳定性;在250℃和350℃下涂层热稳定性较差,在350℃下保温至100h时涂层可磨耗性能明显降低。

铝硅氮化硼封严涂层热稳定性及可磨耗性能评价研究

采用大气等离子喷涂技术在Ti-6Al-4V合金表面制备了铝硅氮化硼(AlSi/hBN)封严涂层,对涂层试样进行了静态空气下450℃的恒温氧化试验,分析了涂层的硬度、组织结构随保温时间的变化,并对不同保温时间后涂层与钛合金叶片的对磨刮削可磨耗性进行了评价和分析研究,初步探讨了涂层在高温下长时间服役后的磨耗机制。结果表明,Al Si/hBN涂层在450℃下硬度、结合强度随保温时间延长先减小后增加,至500h后趋于稳定;磨耗机制以切削、犁沟为主,涂层可磨耗性能良好。

Mg合金基体表面碳增强Al-Si复合涂层摩擦学性能研究

利用等离子体喷涂技术在镁合金基体表面制备三种含有不同成分增强剂的Al Si复合涂层,并研究了增强剂对复合涂层微观结构和摩擦磨损行为的影响。结果表明,不同形态的碳材料的添加可以有效的改善涂层的摩擦学性能。多壁碳纳米管(CNT)的添加效果要明显优于片状石墨,仅0.5%的CNTs就使得Al Si复合涂层的摩擦系数明显降低,耐磨性提高60%。Al Si复合涂层的摩擦系数主要取决于材料的减摩性能,而耐磨性能受材料的减摩性和硬度的共同影响,其中减摩性占主导地位。

喷涂电流对铝硅-聚苯酯涂层组织结构和沉积率的影响

采用等离子喷涂制备了铝硅-聚苯酯复合涂层,研究喷涂电流对复合涂层组织和沉积率的影响。结果表明:随着喷涂电流的增加,等离子喷涂功率增加,传导为喷涂粒子的热能和动能,粒子的温度和速度提高,伴随着高分子聚苯酯的高温烧蚀和高速铝硅液滴的飞溅,复合涂层的沉积率逐渐降低。

新型高温合金K447A渗AlSi涂层抗高温氧化性能研究

为研究K447A合金渗AlSi涂层的抗高温氧化性能,采用无机盐料浆法在K447A镍基高温合金表面制备AlSi涂层,用带能谱的扫描电镜对涂层的微观组织和成分进行了分析。此外,对带AlS i涂层的K447A试样进行了1050℃抗高温氧化性能实验。

AlSi+CoCrAlY复合涂层对MAR-M247合金力学性能的影响

采用AlSi+CoCrAlY复合涂层能更好地满足MAR-M247合金的高温防护要求。利用试验方法研究AlSi+CoCrAlY复合涂层对MAR-M247合金高温拉伸和疲劳性能的影响,为AlSi+CoCrAlY复合涂层的可靠使用和工程应用提供数据支持。

DD98M纳米晶AlSi渗层制备及抗高温腐蚀性能研究

采用磁控溅射技术在DD98M合金表面制备了同成份的纳米晶,采用多弧离子镀技术在DD98M纳米晶涂层表面沉积了AlSi涂层,对上述制备态纳米晶+AlSi复合涂层进行了真空扩散处理,得到了外层为β-NiAl层、内层为γ'-Ni_3Al层的双层结构复合涂层。研究了合金、DD98M纳米晶涂层及复合涂层在1050℃恒温氧化及900℃下Na_2SO_4+25%K_2SO_4混合熔盐体系中的热腐蚀行为。结果表明:1050℃恒温氧化时,DD98M合金表面生成NiO,α-Al_2O_3,Ta_(0.8)O_2,CrTaO_4及NiAl_2O_4等组成的混合氧化物膜,氧化膜开裂剥落严重。纳米晶涂层表面生成α-Al_2O_3和少量NiAl_2O_4组成的混合氧化物膜,复合涂层表面形成了均匀致密的单一α-Al_2O_3膜。纳米晶涂层和复合涂层大幅提高了合金的抗恒温氧化性能。在900℃下Na_2SO_4+25%K_2SO_4熔盐中,DD98M合金20 h后即发生了灾难性腐蚀,沉积态纳米晶及其预氧化涂层提高了合金的抗热腐蚀性能,复合涂层大幅提高了合金的抗热腐蚀性能。