等离子喷涂制备 ZrB2-SiC 复合涂层及其静态烧蚀性能

目的提高C/C复合材料的抗静态烧蚀性能。方法利用大气等离子喷涂技术在C/C复合材料表面制备ZrB_2-SiC复合涂层,对其进行1500℃的静态烧蚀实验。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析仪(EDS)对涂层的物相成分、微观形貌等进行检测分析。结果采用大气等离子喷涂制备的ZrB_2-SiC涂层是由熔融的粉末粒子紧密堆积而成,呈现典型的层状结构,涂层均匀完整地覆盖于C/C基体表面,厚度约为200μm。涂覆有ZrB_2-SiC复合涂层的C/C复合材料试样在1500℃分别氧化2,3,4 h后,试样依旧保持完整,C/C基体未遭受损伤,试样的质量增加率依次为3.39%,2.95%,4.25%。结论采用大气等离子喷涂技术能够在C/C复合材料表面制备出厚度均匀、结构致密的ZrB_2-SiC复合涂层,ZrB_2-SiC复合涂层使C/C复合材料的抗静态烧蚀性能显著提高。     

大气等离子和超音速火焰喷涂CoCrAlYSi-hBN涂层组织和性能对比

目的 针对航空发动机叶片榫头/榫槽摩擦副工作中的微动磨损问题,开展CoCrAlYSi-hBN抗微动磨损涂层研究.方法 通过大气等离子(APS)和超音速火焰(HVOF)喷涂工艺,制备CoCrAlYSi-hBN涂层,采用扫描电镜(SEM)研究涂层的形貌和微观组织,采用显微硬度计和拉伸试验机测试涂层的显微硬度和结合强度,采用SRV试验机探究涂层的摩擦磨损性能.结果 APS喷涂CoCrAlYSi-hBN涂层熔化更充分,显微组织均匀,具有更多高含量的hBN和孔隙;HVOF喷涂CoCrAlYSi-hBN涂层显微组织具有明显的层状结构,涂层致密,hBN和孔隙含量少;APS喷涂CoCrAlYSi-hBN涂层的硬度平均值为168.4HV0.3,结合强度平均值为44.6 MPa,远小于HVOF喷涂CoCrAlYSi-hBN涂层的硬度(327.1HV0.3)和结合强度平均值(59.5 MPa).相比HVOF喷涂CoCrAlYSi-hBN涂层,APS喷涂CoCrAlYSi-hBN涂层虽然有更低的摩擦系数(0.75),但涂层磨损更严重,涂层磨痕表面有明显的涂层剥落,HVOF喷涂CoCrAlYSi-hBN涂层磨痕则出现更多的犁沟.结论 HVOF喷涂工艺制备的CoCrAlYSi-hBN涂层的综合性能优于APS喷涂CoCrAlYSi-hBN涂层,在摩擦过程中,两种工艺制备的CoCrAlYSi-hBN涂层都会转移到对偶件上,从而减少对偶件的磨损,有作为叶片榫头抗微动磨损涂层的潜力.     

低压等离子喷涂制备ZrB2-TiC复合涂层 及其烧蚀性能研究

目的探索低压等离子喷涂制备ZrB_2-TiC复合涂层工艺及其烧蚀性能。方法采用喷雾造粒技术制备适用于低压等离子喷涂的ZrB_2-TiC球形粉体,再采用低压等离子喷涂技术在高强石墨基体表面制备ZrB_2-TiC复合涂层。利用氧-乙炔火焰考核涂层的抗烧蚀性能,采用红外测温仪测试烧蚀过程中涂层的表面温度,分别采用扫描电镜、EDS及XRD分析涂层的表截面形貌、元素及物相。结果 ZrB_2-TiC复合涂层呈等离子喷涂层状结构特征,内部孔隙率达到10.8%,涂层与高强石墨之间的结合强度约5.4 MPa。喷涂后涂层产生了ZrTiB4、ZrTiC2新相。涂层经过2000℃氧乙炔烧蚀5min后,保持完整,未出现裂纹及剥落,烧蚀深度仅为2～5μm。结论采用低压等离子喷涂可在石墨表面制备性能优良的ZrB_2-TiC复合涂层,涂层可有效抵御氧乙炔火焰的烧蚀。     

轻质Cf/SiOC复合材料表面抗氧化涂层烧蚀性能的研究

目的提高轻质碳纤维增强SiOC(C_f/SiOC)多孔陶瓷复合材料的抗烧蚀性能。方法用TaSi_2、MoSi_2为高温抗氧化组分,SiB_6为烧结助剂,硼硅酸玻璃为粘结剂,采用浆料法在C_f/SiOC复合材料表面制备多层梯度化抗氧化涂层。用氧乙炔考核带涂层复合材料的抗氧化及抗烧蚀性能,并通过扫描电子显微镜对烧蚀后的形貌进行分析。结果采用硼硅酸玻璃能够在较低的温度下获得表面致密的涂层,有效地提升涂层的阻氧能力,同时能够降低涂层与基体材料之间的热失配。通过浆料法能够获得梯度化的抗氧化涂层,即涂层由靠近基体部分的多孔层逐渐过渡至最外层的致密层。在氧乙炔考核烧蚀实验下,涂层表现出优良的抗烧蚀性能,并且随着表面烧蚀温度的不同,表现出不同的烧蚀行为。在1660℃下烧蚀后,线烧蚀率及质量烧蚀率分别为0.03μm/s,2.96×10-8g/(mm2·s),随着烧蚀温度增加至1760℃,线烧蚀率及质量烧蚀率增加至0.06μm/s,1.03×10-7g/(mm2·s)。带涂层的复合材料烧蚀后,涂层表面没有裂纹,但都出现了大量的孔洞,其主要原因是硼硅酸玻璃的挥发,基体材料并没有发生明显的氧化,涂层表现出优良的抗氧化、阻氧能力。结论硼硅酸玻璃的引入能够在较低的温度下获得表面致密的涂层,提升涂层的阻氧能力。制备的多组分抗氧化烧蚀涂层,可以有效地提高C_f/SiOC复合材料的抗烧蚀能力。     

Al2O3/Ni-P-SiC复合涂层组织与性能的研究

目的 采用化学复合镀技术对微弧氧化进行封孔,进而得到抗烧蚀性能优良的Al2O3/Ni-P-SiC复合涂层。方法 通过采用扫描电镜(SEM)、光学金相显微镜(OM)、显微硬度仪(Microhardness Tester)、X射线衍射仪(XRD)、氧–乙炔烧蚀试验(Oxy-Acetylene Ablation Test)等方法,对复合涂层的表面形貌、截面形貌、厚度、显微硬度、物相和抗烧蚀性能等进行分析。结果 陶瓷层原始表面完全被化学镀层覆盖,所制得的复合涂层厚度均匀,化学镀层与陶瓷层紧密嵌合。镀液中的SiC浓度对镀覆的速度、镀层中SiC粒子的共沉积量有着较大的影响。当粒子质量浓度为16~20 g/L时,颗粒的共沉积量较大。化学复合镀60 min可以得到厚度20 μm左右的Ni-P-SiC镀层,SiC颗粒分布均匀。当镀液中SiC质量浓度为16 g/L时,镀层具有最高的硬度。对比未处理、仅微弧氧化和Al2O3/Ni-P-SiC复合涂层试样,Al2O3/Ni-P-SiC复合涂层试样具有最佳的抗烧蚀性能。结论 Al2O3/Ni-P-SiC复合涂层均匀、致密,具有良好的抗烧蚀。     

大气等离子喷涂SrZrO3热障涂层工艺与性能的研究

目的探究大气等离子喷涂制备Sr ZrO_3涂层的融化状态最好、沉积效率最高的最优工艺,研究SrZrO_3热障涂层的热物理性能及其热循环寿命。方法采用大气等离子喷涂技术制备SrZrO_3热障涂层,通过设计田口实验研究不同的喷涂工艺对粉末融化状况和沉积效率的影响,采用扫描电镜观察涂层融化状况等。采用优化后的工艺制备厚涂层,使用高温热膨胀仪和激光导热仪测试涂层的热膨胀系数、抗烧结性能以及热扩散系数。结果当喷涂距离为90 mm时,SrZrO_3涂层沉积效率最高,最大单遍喷涂厚度达到15.3μm;当喷涂距离为100 mm时,涂层的熔化状态最好。制备态SrZrO_3涂层中出现第二相t-Zr O_2,1600℃热处理条件下,随着热处理时间的延长,t-Zr O_2逐渐消失,热处理360 h后,m-ZrO_2的质量分数逐渐增加至27%。SrZrO_3涂层热膨胀系数为(8～10)×10~(-6) K~(-1)(200～1400℃),随着热处理时间的延长,涂层的热膨胀系数逐渐降低。SrZrO_3涂层的热导率随着热处理时间的延长先增加后减小,热处理360h后SrZrO_3涂层的热导率为1.82W/(m·K)(1000℃)。SrZrO_3/YSZ双层涂层炉内循环548次后,涂层整体脱落。结论 SrZrO_3涂层最优喷涂工艺为电流550 A、氩气流量40 L/min、氢气流量10 L/min、喷涂距离100 mm、功率35.8 kW。随着热处理时间的延长,涂层中的第二相m-ZrO_2能够降低涂层的热膨胀系数和热导率。SrZrO_3/YSZ双层涂层的循环次数远高于SrZrO_3单层涂层。     

新型含锆聚碳硅烷制备C/C-SiC-ZrC 复合材料及烧蚀性能

目的提高C/C-SiC复合材料的抗烧蚀性能。方法通过交联固化-碳化工艺获得新型含锆聚碳硅烷(Polyzirconocenecarbosilane, PZCS)裂解产物。采用FT-IR、XPS、TG、XRD、SEM等分析手段表征PZCS先驱体基本结构和固化、裂解产物结构及元素分布等。以PZCS为溶液浸渍先驱体,通过PIP工艺制备得到C/C-SiC-ZrC复合材料,采用氧乙炔烧蚀试验表征其抗烧蚀性能。结果 PZCS陶瓷先驱体经过交联固化工艺能够显著提高其陶瓷产率。TG结果表明,980℃时陶瓷产率达66.37%,所得陶瓷粉末为分散均匀的SiC-ZrC复相陶瓷。C/C-SiC-ZrC复合材料经过氧乙炔试验烧蚀600 s后,其线烧蚀率为0.0067 mm/s,表现出良好的抗烧蚀性能。结论 SiC-ZrC复相陶瓷基体烧蚀过程中,氧化形成SiO2和ZrO2等氧化物涂层,氧化物隔离层能够隔离氧气和热量,阻止其向复合材料内部进一步扩散,可有效提高复合材料烧蚀性能。     

不同B_(4)C含量对冷喷涂Al/B_(4)C复合涂层防腐与耐磨性能的影响

目的分析不同B_(4)C含量对冷喷涂Al/B_(4)C复合涂层防腐和耐磨性能的影响,探索利用冷喷涂低温特点制备Al/B_(4)C复合涂层的可行性。方法利用冷喷涂方法制备4种B_(4)C含量的Al/B_(4)C复合涂层,并利用各种方法表征涂层的结合特征、耐磨性能和防腐性能。结果冷喷涂过程不会改变铝和碳化硼的物相,碳化硼颗粒主要以嵌入方式结合在涂层中,会产生结合缺陷。在本研究中,B_(4)C的质量分数最高可达到34.53%左右,涂层的结合强度随粉末中碳化硼含量的增加先增加、后降低,最高可达26.67 MPa。微区电化学试验分析涂层内部微电位差值,发现Al/B_(4)C界面存在电位差,腐蚀反应会优先在Al/B_(4)C界面发生,从而破坏金属Al成膜,使涂层的耐蚀性能与略低于铝块材。结论冷喷涂技术可以制备微观结构和结合性能良好的高B_(4)C含量Al/B_(4)C复合涂层,涂层中B_(4)C的质量分数最高达34.53%,预期具有良好的热中子吸收性能。同时,B_(4)C颗粒的加入,使得涂层的耐磨性能大大的提升,但是耐蚀性能相比于铝材料略有降低,是未来需要改善的方向。     

爆炸喷涂制备BaF2+CaF2+Cr3 C2/Ni-Cr涂层的组织及性能

采用爆炸喷涂工艺制备出BaF2＋CaF2＋Cr3C2／Ni—Cr涂层,为找到粉末性质对涂层性能的影响关系,利用XRD衍射分析、光学显微分析、扫描电镜分析、能谱分析及显微硬度分析等方法研究对比了不同种类粉末制备出的涂层的形貌、成分及显微硬度。研究结果表明,BaF2＋CaF2＋Cr3C2／Ni—Cr粉末在爆炸喷涂制备涂层的过程中氟化物会有损失,涂层中的Ca元素和Ba元素的质量分数低于其在粉末中的质量分数;包覆型粉的沉积效率高于机械混合型粉,前者制备的涂层中氟化物含量稍高于后者。     

等离子喷涂 YSZ 涂层瞬态超高温冲蚀性能研究

目的研究等离子喷涂YSZ涂层的瞬态超高温烧蚀性能。方法借助超音速火焰喷涂设备实现超高温高速火焰,对等离子喷涂YSZ涂层进行瞬态冲蚀,通过火焰中加送氧化铝颗粒模拟对涂层的高温冲刷。采用常规手段评价涂层的抗瞬态超高温冲蚀性能,并对冲蚀部位进行微观观察,探讨涂层的失效机理。结果在3000 K、不添加砂粒的条件下,火焰冲击3 s后钢基体材料表面发生沸腾;喷涂0.6 mm YSZ的试样在火焰冲击60 s后涂层完好。在3000 K、添加砂粒的条件下,火焰冲击3 s后钢基体材料被冲刷出约1.0 mm深坑;喷涂0.6 mm YSZ试样的涂层被火焰冲刷剥落,但基体未受明显损伤;喷涂1 mm YSZ的试样,试验后仍保留部分涂层。结论在3000 K高温瞬态冲蚀条件下,热喷涂1 mm厚YSZ涂层可对材料表面形成有效防护。     

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。     

钛合金叶片防护涂层研究--十五科研项目工作总结

针对先进航空发动机压气机用钛合金，研究真空多弧离子镀技术在钛合金上制备ZrN抗冲蚀防护涂层及NiCrAlY抗氧化防护涂层工艺。结果表明，ZrN涂层大大提高了钛合金的抗冲蚀性能，扩散障＋NiCrAlY涂层有效地抑制了钛合金的氧化，涂层对钛合金起到了很好的防护作用，并制备了钛合金叶片涂层样件。     

C/C-SiC-ZrB2复合材料表面SiC/ZrB2-SiC/SiC涂层的制备及抗氧化烧蚀性能研究

目的研究C/C-SiC-ZrB_2复合材料表面SiC/ZrB_2-SiC/SiC涂层的制备、抗氧化烧蚀性能与机理。方法选择ZrB_2和SiC改性的C/C复合材料为基体,通过包埋-刷涂法在C/C-SiC-ZrB_2复合材料表面制备了SiC/ZrB_2-SiC/SiC多重抗氧化涂层,并对复合材料的微结构、抗氧化烧蚀性能与机理进行分析和研究。结果制备了一种三层结构的SiC/ZrB_2-SiC/SiC超高温陶瓷复合涂层,获得了风洞考核试验下的复合材料微结构变化、线烧蚀率等试验数据,并得到了C/C-SiC-ZrB_2复合材料的氧化烧蚀机理。结论 SiC/ZrB_2-SiC/SiC涂层对C/C-SiC-ZrB_2复合材料的抗氧化和耐烧蚀性能具有明显提升,有效提高了C/C-SiC-ZrB_2复合材料的综合热防护性能。     

钛合金表面微弧氧化涂层在模拟海洋环境下摩擦腐蚀规律研究

目的 研究TC17钛合金及其表面微弧氧化(Microarc Oxidation,MAO)涂层在模拟海洋大气环境下发生摩擦腐蚀行为的规律及特征.方法 利用微弧氧化技术,在TC17钛合金表面原位生长MAO涂层,通过SEM、EDS以及XRD对MAO涂层微观结构、元素分布以及相组成进行检测分析.采用电化学工作站和摩擦腐蚀设备研究试样在模拟海洋环境条件下的耐腐蚀及摩擦腐蚀的性能.结果 在硅酸盐中制备的MAO涂层,表面微孔尺寸较小,且分布均匀,MAO涂层与基体结合良好,无明显微裂纹等缺陷的存在,其平均厚度约为15.8μm.MAO涂层主要有金红石相、锐钛矿相和SiO2相组成.MAO涂层的自腐蚀电位较基体有所提高,而其钝化电流密度则显著降低.MAO涂层在腐蚀液中表现出较低的摩擦系数,开路电位缓慢降低.结论 TC17基体表面氧化膜在摩擦开始瞬间发生破裂,难以起到有效的防护作用,而MAO涂层由硬度较高的金红石相和SiO2相组成,在摩擦腐蚀过程中,能够起到优异的耐磨损腐蚀的作用.     

铌合金表面热防护涂层研究进展

作为武器装备、航空航天等多种现代工业领域热端部件中应用十分广泛的结构材料,铌合金在高温富氧燃流的冲刷下会发生严重的烧蚀现象,进而影响了其在超高温环境下的使用性能。研究发现,采用表面涂层技术能够有效提升铌合金的高温抗烧蚀性能。因此结合热端部件富氧、超高温的实际服役环境,首先介绍了国内外铌合金表面抗氧化烧蚀涂层领域的研究现状,对比分析了金属基和硅系陶瓷抗烧蚀涂层各自在抗氧化烧蚀性能上的优缺点;然后综述了近年来国内外有关热障涂层的研究进展,归纳总结了ZrO2基陶瓷涂层、稀土锆酸盐陶瓷涂层以及钙钛矿结构陶瓷涂层三种热障涂层材料的特点;最后对铌合金表面热防护涂层的结构设计以及未来的研究方向进行了展望。     

难熔金属表面高温防护涂层研究进展与技术展望

回顾了难熔金属五大高温防护涂层体系的发展现状,即生成保护性氧化膜的金属间化合物涂层、贵金属涂层、生成保护性氧化膜的合金涂层、惰性氧化物陶瓷涂层以及玻璃陶瓷基复合涂层,总结了这些涂层的高温防护机理、制备方法以及失效机制。基于单一的传统高温防护涂层体系已经难以满足新一代高比冲姿、轨控火箭发动机以及高超声速飞行器热端部件对高温防护涂层提出的抗超高温氧化性能、优良的抗热震性能、良好的抗热冲刷(烧蚀)性能以及长服役寿命等性能需求的现状,简要介绍了过渡族金属的硼化物、碳化物等几种潜在的新型高温防护涂层材料体系,以及相应的涂层制备方法,这些新型涂层体系的发展有望满足现代宇航工业难熔金属热端部件的高温防护需求。