反应爆炸喷涂制备Ti-B-C-N陶瓷涂层的显微结构分析

对Ti-B4C-Co粉末进行了喷雾造粒法处理,获得了粉末直径为10~50μm的球形度良好的喷涂粉末,并在750℃真空热处理1 h,粉末中含氧量大大降低。以热处理后的造粒粉为喷涂材料,采用反应爆炸喷涂法获得了厚度为50~70μm的Ti-B-C-N复合涂层,对不同工艺参数下的涂层物相、显微结构以及人工海水中的电化学行为进行了分析。结果表明,在不同参数下获得的涂层物相有所差异,涂层中均含氧化物。在氧乙炔比为1∶0.85的工艺条件下获得的涂层较致密,涂层较厚。不同工艺参数下获得的涂层在电解液中性能稳定,自腐蚀电位均高于碳钢基体,存在明显的钝化区,涂层的耐蚀性得到了显著提高,氧乙炔比为1∶0.85的工艺条件下获得的涂层耐蚀性更佳。

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。

基于磁控溅射改善陶瓷涂层断裂韧性的研究进展

陶瓷涂层因其优异的耐磨、隔热等性能,被应用于各工程领域,但其断裂韧性差、质脆的特点严重限制了其推广应用。为了改善陶瓷涂层质脆的缺陷,研究人员采用了多种方法对其进行增韧改性,文中论述了陶瓷涂层的增韧方法以及对应机制,综述了磁控溅射原理以及调控其工艺参数、掺杂其他元素等方法对陶瓷涂层结构、应力、晶界等的影响。总结了目前陶瓷涂层断裂韧性与硬度不可兼得、增韧机制受涂层尺寸影响等研究难点,并从磁控溅射工艺参数、多种工艺和增韧机制协同增韧等方面对提高陶瓷涂层断裂韧性进行了展望。

硅基聚合物耐高温衍生陶瓷涂层制备与应用研究进展

随着航空航天领域的不断发展,金属以及碳材料等高温结构部件的服役条件日益苛刻。通过恰当的工艺在高温结构部件表面制备硅基陶瓷涂层并赋予其特殊性能,可有效提高高温结构部件的使用寿命。近年来,聚合物前驱体转化陶瓷涂层逐渐成为一种无机涂层制备的新方法。该方法具有制备工艺简便、涂层功能拓展性强等特点,得到了研究者越来越多的关注。本文主要综述了硅基聚合物前驱体转化陶瓷涂层的研究进展。首先从聚合物陶瓷涂层的制备展开,简要介绍了硅基聚合物前驱体、填料种类以及涂覆工艺和裂解方式对涂层结构以及性能的影响。随后,重点讨论了聚合物前驱体转化陶瓷涂层在耐高温防护领域,包括抗氧化、环境障、热障涂层的应用进展。最后,指出了聚合物陶瓷涂层在涂层性能提升及缺陷控制等方面的问题,并对其发展方向进行了展望,例如通过在硅基前驱体中引入Hf,Zr,Ta等超高温元素,提高陶瓷涂层的耐温等级,以及发展高效的陶瓷化新技术,从而提高陶瓷转化效率及涂层适用性范围等。

磷酸盐陶瓷涂层耐高温冲蚀磨损性能研究

[目的]垃圾焚烧炉锅炉管道面临严重的高温冲蚀磨损问题,本文研究了磷酸盐陶瓷涂层的耐高温冲蚀磨损性能,以期实现对垃圾焚烧炉锅炉管道的长寿命保护。[方法]以浓磷酸、氢氧化铝、氧化镁和氧化锌为原料,在12Cr1MoV钢表面制备了磷酸盐陶瓷涂层。在不同冲蚀颗粒质量和冲蚀角下对涂层进行高温冲蚀磨损试验,利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了磷酸盐陶瓷涂层的微观组织结构和冲蚀磨损形貌,探究了涂层的高温冲蚀磨损机理。[结果]磷酸盐陶瓷涂层的冲蚀质量损失随着单位时间内冲蚀颗粒质量的增加而线性增大,涂层磨损率最大时的冲蚀角是90°,随着冲蚀角减小,冲蚀率逐渐减小,冲蚀区域由圆形变为椭圆形。涂层表面在冲蚀后出现许多凹坑,冲蚀角越大则凹坑越深、越明显。[结论]磷酸盐陶瓷涂层在高温冲蚀磨损试验中符合脆性材料的冲蚀磨损规律,它适用于垃圾焚烧炉锅炉管道防护领域。

锆基陶瓷热障涂层的腐蚀研究进展

近年来随着航空与航海工业的迅速发展,具有耐高温、长寿命、耐腐蚀等优势的发动机叶片成为开发新一代航空发动机和涡轮发动机的重要一环。热障涂层(TBCs)作为常用的热防护技术,一方面可为发动机叶片部分金属基底提供隔热保护,使其免受高温气体的影响;但另一方面,更高的发动机工作温度使得叶片及其表面TBCs遭受严重的环境沉积物腐蚀,造成过早失效,腐蚀类型主要有热腐蚀、CMAS腐蚀、熔盐腐蚀等。腐蚀已成为限制TBCs工作温度和服役寿命的难题,抗腐蚀防护是目前TBCs领域研究的重点。本文首先简述了以氧化钇稳定氧化锆陶瓷(YSZ)为主的热障涂层材料的主要特性,再简述了TBCs的不同腐蚀的反应机理,重点从涂层的微观结构设计、梯度涂层的设计、涂层成分改性及掺杂改性等方面与涂层腐蚀过程之间的影响关系出发,阐述了TBCs改性方法与涂层腐蚀的特点。提出未来涂层改进与防护的几种方法,最后对TBCs的腐蚀防护发展方向进行了展望。

纳米高熵陶瓷涂层在超超临界1000 MW机组锅炉的防结焦耐腐蚀应用研究

针对某台超超临界1000MW机组燃用准东煤锅炉水冷壁出现的沾污结渣、高温腐蚀问题,基于锅炉的燃烧煤种特性、结焦状况以及腐蚀类型,开展了纳米高熵陶瓷涂层在锅炉后墙水冷壁燃尽风区域的工程验证试验。采用宏观检查、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、拉曼光谱、摩擦系数及表面能测试等方法,分析了纳米高熵陶瓷涂层的使用效果,揭示了纳米高熵陶瓷涂层的防沾污结渣、耐腐蚀机制。试验结果表明,涂层在锅炉运行11个月后完好,表面无明显结焦物、无明显腐蚀凹坑,管壁未发生明显减薄。纳米高熵陶瓷涂层能够较好地解决锅炉水冷壁沾污结渣以及高温腐蚀的问题,为燃用准东煤锅炉的安全运行提供保障。

利用机械臂制备的微弧氧化陶瓷涂层的相关性能研究

为解决目前微弧氧化(MAO)体系在实际应用中所面临的问题,例如对大尺寸工件表面的难以处理和对工件局部区域进行MAO的精确调控存在挑战,利用机械臂设计了移动式MAO系统,对1060铝合金表面进行MAO处理成功制备了陶瓷涂层,并通过扫描电镜、X射线衍射、摩擦磨损试验和电化学腐蚀试验等手段,对涂层的微观结构、成分、耐磨性和耐腐蚀性进行了分析。结果表明,基于机械臂辅助的移动式MAO技术能够成功在铝合金表面制备陶瓷涂层,并有效提高了铝合金的耐磨性和耐腐蚀性。这项研究为基于机械臂的移动式MAO技术在铝合金表面制备高性能陶瓷涂层方面提供了重要的理论依据和试验基础。

纳米陶瓷保温涂层在大型原油储罐中的应用

广西涠洲终端5万m3大型原油储罐采用岩棉保温,台风期间雨水通过保护层间隙灌入保温层中,对罐体外壁和保温支撑圈形成腐蚀。针对纳米陶瓷隔热保温涂层特性,对其应用于大型原油储罐外表面替代岩棉保温进行研究,通过现场实测,结果表明纳米陶瓷保温涂层的保温效果与岩棉保温效果一致。纳米陶瓷隔热保温涂层应用于大型原油储罐可直接检查罐外壁腐蚀情况,提高储罐运行安全。

钙长石基涂层增强建筑陶瓷的制备和性能研究

建筑陶瓷强度的提升是实现瓷砖薄型化、轻量化生产的关键因素之一。以方解石、烧滑石、高岭土、石英为主要原料,通过改变涂层原料中锂辉石的添加量,调控涂层的物相组成和热膨胀系数,制备了钙长石为主晶相的预应力涂层增强的建筑陶瓷。同时,研究了涂层厚度、球磨时间、保温时间等工艺参数对建筑瓷砖强化效果的影响。结果表明,当涂层中锂辉石添加量为20 wt.%、涂层厚度为86μm,以及在涂层材料球磨时间3 h、烧成温度1190℃、保温时间30 min的条件下,获得了具有较低热膨胀系数且界面结合良好的预应力涂层,此时涂层与基体的膨胀系数差值为3.17×10^(–6)℃^(–1),陶瓷复合样品的抗折强度达到最大值为99.8 MPa,相较于无涂层的样品(66.3 MPa)强度提高了50.5%。

等离子喷涂技术在工程陶瓷涂层制备中的应用现状及展望

等离子喷涂作为一种成熟的表面处理技术,具有适用范围广、生产效率高、涂层质量好的优点,在基体材料表面增强过程中扮演了愈发重要的角色。与此同时,越来越多的实例也证明:陶瓷涂层对提高基体材料的整体性能和服役寿命起到了关键作用。本文综述了大气等离子喷涂、超音速等离子喷涂、悬浮液等离子喷涂、真空等离子喷涂、低压等离子喷涂等常规等离子喷涂技术在制备陶瓷涂层方面的研究进展,总结了各种制备方法的优势与不足,并在此基础上对该领域的后续发展提出展望。

耐高温吸波陶瓷及其涂层的研究进展

随着近现代科技的发展,高速飞行器对生存能力需求不断提高,其鼻锥、机翼、尾喷管等高温部件极易暴露。传统吸波材料普遍不能应用于高温环境,为了能够隐藏高速飞行器的高温部件,吸波材料的高温应用引起了研究人员的重视,耐高温吸波陶瓷材料可以实现上述背景下的应用。为提供分析和改善陶瓷吸波材料高温程度有限和吸收带宽较窄问题的依据,对引入温度影响后,耐高温吸波陶瓷材料的吸波机理进行了阐述。耐高温吸波陶瓷材料与涂层可以分为碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、氧化物陶瓷和聚合物转化陶瓷。本文在此分类的基础上,对陶瓷吸波材料和涂层损耗电磁波机理及其高温条件下的吸波性能进行了归纳总结,并指出未来耐高温吸波陶瓷材料应改善现有材料耐高温程度不足以及有效吸收带宽较窄的问题,进而加强其在高温条件下的服役能力。

航空发动机热端部件表面高温陶瓷涂层性能优化

目的 对航空发动机热端部件表面长效防护涂层W-200进行改进,研制高温稳定性更好且不易崩瓷的高温合金表面新型高温陶瓷涂层,解决W-200涂层在部分高温合金表面暴露出的易崩瓷、剥落问题。方法 通过调整膨胀系数、软化温度、析晶温度,来研制新型耐高温玻璃和耐高温填料,并制备新的高温陶瓷涂层浆料。结果 所研制的新型高温陶瓷涂层W-400能够满足在高温合金表面1 150~1 230℃顺利烧结,且具有更大的膨胀系数,可与高温合金基材的膨胀系数更匹配。同时,W-400的析晶温度区间为868~1 213℃,在析晶温度区间,涂层较W-200具有更好的高温稳定性,以及更优的抗热震、抗剥落性能,并可覆盖实际应用的温度范围。结论 新型高温陶瓷涂层W-400解决了目前W-200高温陶瓷涂层在航空发动机高温合金热端部件表面烧结后易崩瓷的问题。根据本项目的研究基础,对未来可研制出能够在其他金属表面1 250~1 400℃顺利烧结的耐温更高的新型高温陶瓷涂层提供了可能性。

氮化硼含量对热化学反应法制得陶瓷涂层耐高温氯腐蚀性能的影响

采用热化学反应法以复合磷酸盐为黏接剂,在Q235钢基体上制备了不同氮化硼(BN)含量的氧化铝基陶瓷涂层;运用扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究了BN含量对热化学反应陶瓷涂层形貌和组织结构、热膨胀系数和耐高温氯腐蚀性能的影响。结果表明:热化学反应涂层与基体反应产生了新相Al0.67Fe0.33PO4,随着陶瓷涂层中BN含量的增加,涂层表面的裂纹和孔隙先减少后增加,30%BN-Al_(2)O_(3)和50%BN-Al_(2)O_(3)陶瓷涂层的热膨胀系数分别为7.9×10-6和7.7×10^(-6),与基体材料Q235的较为接近;热化学反应涂层显著改善了Q235钢的耐高温氯腐蚀性能,其中50%BN-Al_(2)O_(3)陶瓷涂层的耐高温氯腐蚀性能最好。

陶瓷基复合材料可磨耗环境障涂层制备及性能

随着碳化硅陶瓷基复材制备的涡轮外环的逐步应用,与其匹配的可磨耗涂层技术需求迫切。本工作采用大气等离子喷涂技术,制备4层结构的BSAS(Ba_(0.75)Sr_(0.25)Al_2Si_2O_8)-聚酯基可磨耗环境障涂层(A/EBCs),探究工艺参数对可磨耗面层孔隙率的影响规律以及涂层在1300℃下的相结构和组织演变。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电镜(TEM)对涂层相结构、微观组织及成分进行分析表征。结果表明:BSAS-聚酯基可磨耗面层的孔隙率为26.4%~36.8%,BSAS-聚酯粒子温度敏感的参量是主气(氩气)流量、辅气(氢气)流量和喷涂距离,速度敏感的参量是主气(氩气)流量;其中主气(氩气)流量同时对BSAS-聚酯的粒子温度和速度具有反向影响作用。该可磨耗面层在1300℃高温氧化300 h保持单斜相结构,组织和成分稳定,局部析出球状非晶氧化硅颗粒。采用高温高速刮削实验对涂层可磨耗性能进行评价,涂层表面发现纳米高温合金微粒黏附,叶片高度磨损比(IDR)为20%,达到可磨耗封严涂层使用要求。

轴承表面 Al_(2)O_(3) 基陶瓷绝缘涂层的粗糙度预测

为了提升轴承表面Al_(2)O_(3)基陶瓷绝缘涂层的粗糙度预测精度,提出基于光谱共焦原理的砂轮表面测量及磨粒特征参数量化方法,以砂轮表面的磨粒特征参数K,砂轮线速度vs,工件进给速度f,切削深度ap及法向磨削力F为输入参数,建立能够直接反映砂轮表面时变状态的工件表面粗糙度BP神经网络预测模型,并通过已知磨削样本及砂轮磨损后的4组未知样本对网络预测模型性能进行验证。结果表明:已知样本的BP网络模型粗糙度预测结果与实际结果的规律及数值较为一致,其网络输出误差均<±0.04μm;4组未知样本的网络预测精度下降,但其相对误差最大值的绝对值不超过20.00%。建立的包含砂轮表面磨粒特征参数的神经网络预测模型,可以适应砂轮磨粒磨损时变状态下的轴承表面Al_(2)O_(3)基陶瓷绝缘涂层的粗糙度预测,且其对未知样本具有一定的泛化能力。

水槽涂层表面陶瓷织构化对泥浆润湿性的影响研究

以聚晶金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compact,PDC)钻头水槽泥包问题为研究对象,对水槽涂层表面进行氧化铝基织构化制备处理。结合接触角理论分析泥浆液滴在织构化涂层表面的浸润状态,并通过泥浆动态润湿性实验,考察泥浆液环境下织构化涂层表面防泥浆黏附作用效果。结果表明,织构化表面液滴处于复合润湿状态,处于Cassie-Baxter接触状态的液滴呈现出向Wenzel接触状态过渡的趋势,通过在钻头水槽涂层表面进行陶瓷织构化处理,能够显著提高水槽抗泥浆附着的性能,从而降低泥包概率。

镁合金表面制备金属和金属/陶瓷复合涂层的研究进展

利用磁控溅射技术制备金属/陶瓷复合薄膜可以改善零件的绝缘、耐蚀、耐磨等性能。本文综述了磁控溅射技术制备金属和金属/陶瓷复合薄膜的研究现状。简要地探讨了不同类型薄膜的耐腐蚀性和耐磨损性,重点分析了工艺参数以及过渡层对薄膜组织结构和耐蚀耐磨性能的影响。最后展望了未来磁控溅射技术制备金属/陶瓷复合薄膜的发展趋势。

激光改性YAG/YSZ双陶瓷热障涂层的高温氧化与TGO生长行为

以Inconel738合金为基体、NiCoCrAlY为黏接层,采用大气等离子喷涂(APS)技术制备YAG/YSZ双陶瓷热障涂层(TBC),并对YAG层表面进行激光改性,以提高TBC的抗高温氧化性能。通过恒温氧化实验研究喷涂态(AS)与激光改性(LM)TBC的高温氧化及热生长氧化物(TGO)的生长行为。结果表明,AS-TBC与LM-TBC的TGO厚度与结构呈现相似变化趋势,即厚度随氧化时间增加而增加,结构则均由单一Al_(2)O_(3)层演变为混合氧化物层在上、Al_(2)O_(3)层在下的双层形貌。基于激光改性对氧气渗透的强烈抑制作用,LM-TBC中混合氧化物出现的时间推迟,在氧化中后期LM-TBC的总体TGO厚度也有所减少。经过相同的氧化时间,LM-TBC中Al_(2)O_(3)厚度在总体TGO厚度中占比始终大于或等于AS-TBC,并且LM-TBC的抛物线氧化速率相比AS-TBC下降了18.42%。因此,YAG/YSZ LM-TBC呈现更优异的高温抗氧化性能与更低的TGO生长速率。

面向先进热障涂层的陶瓷材料研究进展

热障涂层利用陶瓷层的隔热性和抗腐蚀性可以有效保护航空发动机或陆用燃气轮机中热端部件的合金基体。然而,不断追求更高的服役温度会导致表面涂层的降解、分层和过早失效。为了满足未来先进热障涂层系统的服役需求,必须开发新的陶瓷材料。本文综述了近年来先进热障涂层陶瓷材料的研究进展,包括氧化钇部分稳定氧化锆(Yttria partially stabilized zirconia,YSZ)、A_(2)B_(2)O_(7)型化合物、稀土钽酸盐、稀土磷酸盐、高熵稀土陶瓷材料、磁铅石型六铝酸盐氧化物和自愈合材料,分别归纳了它们的性质和性能,总结各种材料现阶段发展的优势和不足,最后展望了热障涂层材料的发展方向,为开发新的热障涂层提供指导。