热障涂层对DD6单晶高温合金高周疲劳性能的影响

目的研究电子束物理气相沉积热障涂层对单晶高温合金高周疲劳性能的影响,为热障涂层在涡轮叶片上的应用提供技术支持。方法采用真空电弧镀和电子束物理气相沉积工艺制备YSZ热障涂层,进行900℃条件下高周疲劳性能测试,采用扫描电镜对测试后的试样表面、断口形貌进行观察与分析。结果在900℃、380 MPa条件下,带涂层的DD6单晶试棒循环次数(Nf)超过了107,420 MPa条件下超过了106。通过对DD6单晶试棒断口分析,失效后的带涂层试棒仍以DD6单晶常见滑移解离形式发生破坏。结论高周疲劳性能测试条件下,带YSZ热障涂层的试棒中粘结层率先产生垂直微裂纹,但是裂纹扩展延伸中发生氧化钝化,之后DD6基体沿正常的滑移方向从表面向内部疲劳扩展,带涂层的试棒疲劳裂纹并非由涂层微裂纹直接扩展形成,热障涂层对DD6单晶高温合金高周疲劳性能影响较小。     

力学载荷条件下 EB-PVD 热障涂层损伤行为研究

目的研究力学载荷条件下EB-PVD热障涂层的损伤行为。方法采用电子束物理气相沉积工艺(EB-PVD)制备热障涂层(TBCs),利用SEM和体式显微镜对力学性能试验后带涂层试样的断口特征、裂纹形貌和金相组织进行观察,分析热障涂层在拉伸、持久和旋转弯曲疲劳等典型力学载荷条件下的损伤行为。结果在室温拉伸条件下,陶瓷层内先出现垂直于应力轴、沿柱状晶簇扩展的平行环状周向微裂纹,随着拉伸塑变量的增加,局部区域裂纹贯穿粘结层并进入合金基体;900℃高温拉伸条件下裂纹也产生于陶瓷层,但裂纹均钝化于粘结层与陶瓷层的界面,并穿透粘结层。在持久条件下,试样在弹性变形阶段涂层即发生开裂,随后沿着陶瓷层柱状晶簇间扩展,但未扩展至粘结层;在高温高周疲劳条件下,裂纹首先出现在粘结层,随后向基体逐渐扩展,扩展深度较浅,而基体疲劳裂纹在粘结层裂纹末端萌生并倾斜滑移扩展。结论提高粘结层韧性、减少粘结层中裂纹萌生和向基体扩展,是热障涂层材料和工艺优化的有效途径。     

DZ125合金HY3包覆型涂层退除研究

目的 研究化学法退除DZ125合金HY3包覆型涂层。方法 采用真空电弧镀技术（AIP）在定向凝固镍基高温合金DZ125上制备包覆型涂层HY3,利用化学方法完全退除基体上的涂层,通过失重法研究对比1#和2#退除溶液退除HY3涂层和DZ125合金的退除速率,采用扫描电镜（SEM）对退除后的HY3涂层和DZ125基体的微观组织进行观察。结果 经过100 min,2#溶液可以将20 ?m左右的HY3涂层完全退除,采用1#溶液需要超过100 min才能完全退除涂层。两种对DZ125合金的腐蚀性很小,对于同一种合金而言,1#溶液和2#溶液对合金的腐蚀速率比值为1︰13。在1#溶液中,合金与涂层腐蚀速率的比值为1︰87.65;在2#退除溶液中,合金与涂层腐蚀速率的比值为1︰6.81。结论 1#溶液更加适合退除DZ125合金上的HY3涂层。     

Al涂层修复对DD5合金性能的影响

目的研究Al涂层修复对DD5合金性能的影响。方法采用化学气相沉积技术(CVD)在二代单晶镍基高温合金DD5上制备了Al涂层,通过化学方法完全退除基体上的涂层,采用HB 5258进行1100℃热冲击试验,通过试验过程中试样质量变化来评价涂层的热态结合力,并且通过高温持久、高温瞬时拉伸等力学实验来评价涂层退除再涂覆后对基体合金的力学性能的影响,通过扫描电镜(SEM)分析涂层退除前后表面形貌。结果DD5合金试样和Al涂层试样在退除溶液中退除60 min后,涂层/合金界面微观组织形貌、成分基本不变;退除再涂覆后Al涂层在“空冷”条件下进行1100℃试验,热冲击次数大于2000次,涂层试样表面没有出现明显的涂层剥落;涂层退除再涂覆对合金的力学性能不造成明显影响。结论Al涂层修复对Al涂层和DD5合金性能基本无影响。     

平贮ZL205A铝合金微观缺陷与宏观力学性能关系研究

目的评估长期贮存ZL205A铝合金的微观缺陷对性能的影响。方法利用X射线无损检测研究平贮合金的缺陷等级分布,并进一步研究合金室温拉伸、高温拉伸、室温疲劳和室温冲击性能。结果经过平贮12 a后的ZL205A铝合金,其微观缺陷即针孔等级位于1~6级,仅发现少量的伴生带状偏析。室温拉伸时,1~3级针孔样品的抗拉强度为380 MPa,而5级针孔样品的抗拉强度大幅下降到340.5 MPa,表明室温下4级及以上针孔对于拉伸强度有着重要影响。高温拉伸时,仅在100℃表现为样品缺陷等级越高,抗拉强度越高的趋势。常温疲劳试验表明,在10^(7)周的寿命下,合金的疲劳极限为99.2 MPa。常温冲击试验发现,1级针孔样品的平均冲击吸收能量为3.19 J,明显优于其他针孔等级样品。结论室温拉伸和室温冲击时,材料的力学性能与缺陷等级密切相关。高温拉伸时,温度上升导致材料强度下降的作用超过了缺陷自身对性能的影响。     

铂改性铝化物涂层的高温防护性能研究

目的研究1100℃下铂改性铝化物(Pt-Al)涂层在空气中的高温氧化行为。方法采用化学气相沉积(CVD)方法在单晶高温合金基体上制备铂改性铝化物(Pt-Al)涂层,采用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等方法分析Pt-Al涂层在高温氧化过程中相结构、显微组织和成分的演变规律。结果经1100℃氧化250 h后,Al涂层及Pt-Al涂层的氧化动力学曲线符合抛物线演变规律,Pt-Al涂层的涂覆对基体合金的抗高温氧化性能的提高要优于Al涂层;经过150 h氧化后涂层出现了氧化膜剥落现象,同时涂层内部也出现了"地道"现象。结论 Pt-Al涂层对基体高温抗氧化性能有积极效果。     

热处理温度对热障涂层微观形貌及元素互扩散的影响

目的提高热障涂层抗氧化性能,并减小二次反应区的形成。方法采用真空电弧离子镀技术在二代单晶高温合金DD32表面制备NiCoCrAlYHf(HY5)金属粘结层,分别在870℃及1000℃下进行真空扩散处理,利用电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术制备氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ)陶瓷层。采用扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)以及能谱(EDS)等测试方法,研究高温循环氧化过程中热障涂层的微观形貌、成分及扩散机制,同时计算了1、125 h氧化时间下Al元素互扩散系数。结果经过1000℃热循环、1000℃热处理的涂层氧化质量增量的绝对值较小,氧化速率常数为7.21×10-4,抗循环氧化性能较好。1100℃热处理试样,从涂层表面到基体方向Ni、Al、Cr等元素分布都比较均匀,在涂层与基体界面处,元素含量变化较为平滑。870℃热处理试样,Ni等元素质量分数分布不均,在涂层与基体界面处元素含量陡然变化,元素均质化程度低。Al元素扩散系数随着浓度的增加而增大,随着氧化时间的延长,粘结层与高温合金之间的元素扩散程度加剧,Al元素扩散系数减小。经过125h循环氧化,粘结层/基体界面出现互扩散区,互扩散区局部区域富Cr,Al含量低。循环氧化250 h后,热障涂层试样扩散区下方有拓扑密堆相TCP析出,形成二次反应区SRZ。真空扩散温度为870℃的试样,二次反应区更加明显。结论金属粘结层在1000℃下进行真空热处理可以有效提高涂层的抗氧化性能。涂层内部元素均质化程度高,Al元素扩散速率慢。同时,扩散区宽度较小,二次反应区不明显。     

电弧离子镀HY11涂层的1200℃高温氧化行为研究

目的研究真空电弧镀方法制备的超高温金属涂层HY11在1200℃下的高温氧化行为。方法用真空电弧镀技术(AIP)在单晶镍基高温合金DD6上制备超高温金属涂层HY11,采用HB 5258循环氧化方法进行1200℃循环氧化试验,通过试验过程中试样质量变化评价涂层氧化寿命。通过扫描电镜(SEM)分析氧化后的试样显微形貌,用X-射线衍射仪分析涂层材料的相结构,通过氧化速率对涂层材料抗氧化性能进行表征。结果采用单靶真空电弧镀技术制备的HY11涂层,经过1050℃真空条件下扩散2h,涂层厚度为50～60?m,扩散区厚度为10～15μm,涂层微观组织均匀致密,涂层合金界面清晰平整。DD6合金的1200℃循环氧化寿命仅仅为4 h,HY11涂层在1200℃的循环氧化寿命近300 h。沉积态涂层HY11相结构主要以Al_2O_3和Ni3Al为主。氧化后涂层材料表面形成的氧化膜以Al_2O_3为主。结论 HY11涂层在1200℃的循环氧化寿命为298 h,极大地提高了DD6合金在1200℃的循环氧化寿命。     

GH901高温合金在典型海洋大气环境中的腐蚀行为

目的 研究南沙岛礁典型海洋大气环境对GH901高温合金腐蚀行为的影响。方法 在南沙美济礁典型环境中开展GH901高温合金大气暴露试验,利用金相显微镜分析GH901高温合金在我国南沙美济礁典型环境中的腐蚀特征,定期测试该材料的拉伸强度,分析样品的外观和微观形貌。结果 自然暴露1 a,GH901高温合金拉伸试样基体表面尚未发生明显的腐蚀现象,在575 ℃高温力学测试条件下的抗拉强度、断后伸长略有波动,其高温力学性能并未在短期自然暴露中随试验时间的延长而明显变化。结论 GH901高温合金拉伸试样在岛礁大气环境短期暴露下具有良好的耐蚀性,在575 ℃温度条件下具有良好的力学性能稳定性。     

钛合金ZrN耐磨抗冲蚀防护涂层

采用真空多弧镀设备在TC11钛舍金表面沉积超硬耐磨ZrN防护涂层,通过增压气流固体颗粒冲蚀实验评价ZrN涂层的耐磨抗冲蚀性能,划痕仪测试涂层与基体的结合力,SEM、X射线分析涂层组成及观察涂层冲蚀前后表面形貌,盐雾及电化学实验测试涂层耐腐蚀性能。结果表明,ZrN涂层成分主要为（111）择优取向的ZrN相;ZrN涂层不影响钛合金的耐腐蚀性能及疲劳性能;ZrN涂层与基体结合牢固．涂层大大提高了基体的耐磨抗冲蚀性能。     

基于DIC技术获取焊接接头单轴拉伸力学性能

目的 获取异种金属焊接接头局部拉伸力学性能.方法 针对压水堆核电机组蒸汽发生器接管与安全端异种金属焊接接头(Dissimilar metal weld joint,DMWJ,其接管材料为20MND 5低合金钢,安全端为Z2 CND 18.12控氮奥氏体不锈钢,焊缝材料为INCONEL 52镍基合金),采用等直圆棒拉伸试...     

两种铝合金连接结构的腐蚀-疲劳循环试验研究

目的研究2024铝合金两种连接形式在5%NaCl盐雾环境下的腐蚀疲劳性能。方法开展2024铝合金两种连接结构在5%NaCl盐雾环境下的腐蚀疲劳试验,采用"腐蚀环境-疲劳加载"交替循环的试验模式,通过试验测试铝合金两种连接形式在5%NaCl盐雾环境下的残余疲劳寿命值,分析连接方式对铝合金连接结构的残余疲劳寿命影响。结果 5%NaCl盐雾环境对于铝合金连接结构疲劳寿命有较大影响,相较于铝制铆接连接形式,钢制螺栓连接方式连接部位的涂层破坏较少,涂层防护效果更好,疲劳寿命降低量更少。结论金属结构连接形式与防护涂层的搭配对结构耐腐蚀性能有重要影响。     

模拟高低空交变环境下30CrMnSiNi2A钢力学性能研究

目的研究30CrMnSiNi2A钢制腔体的力学性能影响及演化规律。方法借助高低温低气压试验和中性盐雾试验交替进行,模拟高低空交替变化的腐蚀环境。通过比较静力拉伸试验和疲劳试验的结果,进一步揭示预腐蚀对静力拉伸性能和疲劳性能的影响。结果经过预腐蚀处理,30CrMnSiNi2A钢制腔体的力学抗拉强度下降了0.73%,规定塑延伸强度上升了0.04%,断后伸长率下降了0.95%。疲劳寿命数据与对数疲劳寿命数据均符合正态分布,未发生明显变化。结论高低空交变环境下,腔体内部会发生一定程度的腐蚀,但由于腐蚀程度较小,对30CrMnSiNi2A钢力学性能影响不大。     

5%NaCl盐雾环境对铝合金铆接防护结构性能影响研究

目的研究2024铝合金在5%NaCl盐雾环境下的腐蚀疲劳性能。方法开展2024铝合金5%NaCl盐雾环境下的腐蚀疲劳试验,采用"疲劳加载-腐蚀环境"交替循环的试验模式,通过试验测试铝合金铆接结构在5%NaCl盐雾环境下的腐蚀疲劳寿命值,分析不同疲劳载荷大小对铝合金连接结构的腐蚀疲劳寿命影响。结果 5%NaCl盐雾环境对于铝合金铆接结构疲劳寿命有较大影响,疲劳载荷对防护涂层防护性能和腐蚀疲劳载荷的滞后效应等两方面影响,0.25P破坏载荷相较于0.3P破坏载荷,涂层防护作用影响更小,低载锻炼效应更强,腐蚀疲劳寿命降低量更少。结论 2024铝合金铆接结构耐腐蚀性能与结构载荷和防护涂层特性有重要关系。     

2024铝合金连接结构两种防护涂层耐蚀性研究

目的研究铝合金两种防护涂层在5%NaCl盐雾环境下的腐蚀疲劳性能。方法针对在两种涂层防护作用下的2024铝合金连接结构,开展实验室加速试验,采用"腐蚀环境-疲劳加载"交替循环的试验模式,得到铝合金两种防护涂层在5%NaCl盐雾环境下的腐蚀疲劳寿命值,对比分析涂层体系对铝合金连接结构的腐蚀疲劳寿命影响。结果 5%NaCl盐雾环境对于铝合金连接结构疲劳寿命有较大影响,相较于传统涂层,纳米涂层在5%NaCl盐雾环境下的防护效果更好。结论纳米涂层表面破坏后快速生成的致密氧化膜能有效提高涂层的耐蚀性能。     

热-力循环载荷下身管镀层裂纹扩展规律研究

目的研究身管镀层裂纹的扩展机理,提高身管寿命。方法针对身管镀层裂纹损伤,提出一种基于扩展有限元方法(XFEM)结合内聚力模型(CZM)的方法。建立热–力耦合的镀层身管有限元模型,通过间接耦合的方式,将温度场导入有限元模型,通过CZM本构模型来模拟其损伤失效行为。对镀层初始裂纹在热–力载荷下扩展到镀层/基体界面的情况进行仿真分析。结果在高温高压环境下,镀层初始裂纹扩展速度很快,在第1发射击完成后便扩展到基体结合面,初始裂纹扩展到镀层/基体界面时,裂纹尖端的存在使局部具有较大切应力,达到1180 MPa。在连续射击工况下,造成镀层结合面的开裂。结论在高温高压载荷下,镀层初始裂纹很快扩展到镀层/基体界面,且身管镀层承受的热应力是导致镀层开裂的重要因素。     

陶瓷涂层性能影响因素及工艺优化研究

为了提高Al2O3陶瓷涂层的综合性能,对陶瓷涂层性能影响因素进行了正交试验设计。以磨损量、结合强度和耐腐蚀性为评价指标,得出了在Al2O3陶瓷颗粒粒径为160目,颗粒填入量为125%,涂层厚度为1 mm时,综合性能最好。同时利用差示扫描量热（DSC）技术推算出胶粘剂体系的最佳固化工艺为50℃（1h）→100℃（2 h）→225℃（1h）;采用磷酸阳极化（PAA）方法对铝合金基体表面进行处理,使其与涂层之间获得最好的结合强度。     

2024-T3铝合金单搭接化铣板疲劳特性及失效机理

目的 研究2024-T3铝合金单搭接化铣板的疲劳性能及失效形式。方法 采用步进法对化铣板搭接件进行疲劳试验,运用奈尔检验法对疲劳强度进行数据处理,运用扫描电子显微镜和能谱分析对典型疲劳断口进行观察和成分分析,对比基板厚度和铆钉孔径对化铣板搭接件疲劳强度的影响,分析并探讨2024-T3铝合金化铣板搭接件的疲劳失效形式及机理。结果 基板厚度对2024-T3铝合金化铣板搭接件的疲劳强度影响较大,而铆钉孔径影响较小。随着基板厚度的增加,化铣板搭接件的疲劳强度呈现出降低的趋势,对2种铆钉孔径(3、4 mm),厚度为1.8 mm化铣板搭接件的疲劳强度较厚度为0.6 mm的试样分别降低了13.2%和13.0%。基板厚度增加使铝合金化铣板搭接件的疲劳失效形式从上基板铆钉头部失效变为下基板纽扣处失效,并最终表现为铆钉断裂失效。结论 随着基板厚度增加,搭接件微动磨损加剧,加速了疲劳裂纹萌生,这是造成2024-T3铝合金化铣板搭接件疲劳强度显著降低的主要原因。     

利用废旧电子元件粉末/PVC制备复合材料

利用电子废弃物中非金属材料/聚氯乙烯(PVC)制备复合材料,考察了流变仪温度、转速.液压机压力、温度、废旧电子元件目数等对复合材料力学性能的影响.结果表明,废旧电子元件粉末添加量为70%时,目数为120目,流变仪加工温度为205 ℃,转速为45 r/min,液压机液压温度为185 ℃,压力为15 MPa时,制得复合材料...