采用Pt、Dy改性粘结层的铈酸镧/氧化锆双陶瓷层抗氧化行为研究

目的研究Pt、Dy改性粘结层的铈酸镧/氧化锆双陶瓷层的抗氧化行为。方法采用电镀+EB-PVD的方式在高温合金表面制备带有Pt、Dy掺杂NiAl粘结层的热障涂层(Thermal Barrier Coatings TBCs)。采用双陶瓷层结构设计,顶层为铈酸镧(La_2Ce_2O_7),底层为氧化锆(YSZ)。对涂层在1200℃条件下的热循环行为、微观组织以及失效机制进行了研究。结果经过500次循环后,不掺杂涂层YSZ层与热生长氧化物(TGO)处出现了大量裂纹,Pt/Dy共掺杂的涂层经过1000次循环后界面处结合良好,仅仅是在La_2Ce_2O_7陶瓷顶层中出现了少量的微裂纹。结论在粘结层中加入Pt元素,能有效抑制互扩散区难溶相的析出,延缓涂层的蜕化。     

Sm2(Zr1-xTix)2O7陶瓷材料的结构及热物理性能

目的研究氧化物TiO_2 B位掺杂对Sm_2Zr2O_7陶瓷材料的结构及热物理性能的影响。方法以Sm_2O_3、ZrO_2、TiO_2为原料,通过高温固相合成法制备用过渡金属氧化物TiO_2掺杂Sm_2Zr2O_7的Sm_2(Zr_(1-x)Ti_x)_2O_7(x=0,0.2,0.4,x为摩尔分数)陶瓷材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)研究陶瓷材料的物相结构以及显微形貌,利用阿基米德原理测定陶瓷材料的体积密度。根据Neumann-Kopp定律计算材料热容,采用高温热膨胀仪及激光导热仪对材料的热膨胀性能和热导率进行表征。结果 Sm_2(Zr_(1-x)Ti_x)_2O_7体系陶瓷材料为立方烧绿石结构,显微结构致密,晶界清晰。Sm_2Zr2O_7掺杂小离子半径Ti~(4+)使其热膨胀系数有所提高,热扩散系数降低,并在高温下表现出类似于玻璃的超低热导率。800℃时,Sm_2Zr_(1.6)Ti_(0.4)O_7的热导率为1.29 W/(m·K),平均热膨胀系数达到10.6×10~(-6) K~(-1)。结论由于基质原子与取代原子之间的原子量差随Ti掺杂量的增加而逐渐降低,其热导率随Ti掺杂量增加而升高。     

激光熔覆Ni基纳米复合涂层的冲蚀性能研究

目的 对动态腐蚀条件下涂层的耐蚀性进行分析评估。方法 采用激光熔覆技术,在40Cr钢表面沉积Ni基纳米复合涂层。模拟真实的海洋环境,对Ni基涂层进行冲蚀实验,分析了海水冲击、颗粒磨损等外力作用与腐蚀之间的耦合作用对涂层性能的影响。选用自制的360°旋转冲刷机,研究含沙量、旋转速度对涂层耐蚀性的影响,并对冲蚀后的样品进行显微观察、质量损失分析和电化学性能的测试。结果 当含沙量为0.3%,腐蚀时间为48 h时,不同转速下耐蚀性由强到弱依次为300 r/min >600 r/min >900 r/min;腐蚀时间为96 h时,不同转速下耐蚀性由强到弱依次为300 r/min >900 r/min >600 r/min;腐蚀时间为144 h时,不同转速下耐蚀性由强到弱依次为300 r/min >900 r/min >600 r/min。当转速为600 r/min时,腐蚀时间由48 h进行到144 h,在无沙条件下,质量几乎没有变化,甚至有微小的增量;当含沙量为0.3%时,涂层的质量损失较为明显,冲蚀144 h后,质量损失达73.71 g/m2。结论 当含沙量一定,且冲刷速度较低时,腐蚀主要以电化学作用为主,提高转速,腐蚀速率加快。当转速一定时,腐蚀速率增大。在含沙量很高的情况下,腐蚀情况稍有减缓。     

涂漆铝合金铆接件在美济礁大气环境中初期失效行为

目的研究铆接结构件在南海热带岛礁海洋大气环境暴露初期的失效行为。方法通过对在热带岛礁大气环境中暴露初期的试样进行外观拍照、光泽度测试、色差测试、光学显微拍照、以及电化学阻抗测试(EIS),描述相关变化过程。结果试样暴露1 a后,失光率和色差分别达到67.0%和10.67,平面位置呈现出沟壑状形貌特征,连接缝隙底部和铆钉顶部存在明显的涂层缺陷。平面位置0.01 Hz处的阻抗模值由初始的2.81×10~(10)?降低为8.19×10~8?,而铆钉位置0.01 Hz处的阻抗模值由初始的1.09×10~9?降低为2.92×10~6?。结论试样在热带岛礁大气环境暴露初期的外观变化主要表现为失光和变色,平面位置、连接缝隙底部及铆钉顶部均存在一定程度的微观形貌变化。随暴露时间的增加,电化学阻抗呈下降趋势,且铆钉位置的下降幅度相对更大。     

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。     

ZrO2掺杂对La2Ce2O7力学和热物理性能 影响的研究

目的提高La_2Ce_2O_7(LC)陶瓷材料的断裂韧性。方法采用固相反应方法合成Y_2O_3稳定ZrO_2(YSZ)掺杂的La_2Ce_2O_7(LC)陶瓷材料(LCZ),研究LCZ块材的弹性模量、断裂韧性等力学性能,以及热膨胀系数、热传导率等热物理性能。结果 10%YSZ摩尔分数掺杂的LCZ块材的断裂韧性约为1.4 MPa·m1/2,比LC提高了近10%。YSZ掺杂有效地抑制了LC在200～400℃温度区间热膨胀系数下降的现象。在200～1200℃温度范围内,LCZ块材的热膨胀系数为10×10-6～12×10-6K-1,在1200℃的热导率约为0.75W/(m·K),比YSZ降低了50%以上,显示了优异的隔热性能。结论 YSZ的掺杂使LC中部分Zr4+取代了La3+,降低了晶格中的O空位浓度,原子的横向剪切运动被削弱,有效地抑制了LC在200～400℃温度区间热膨胀系数下降的现象。由于t-ZrO_2→m-ZrO_2的相变对微裂纹的愈合作用,10%YSZ掺杂使LC块材的断裂韧性得到有效提高。     

环境对某型飞机典型结构部位疲劳寿命影响分析

目的 研究环境对飞机典型结构部位疲劳寿命的影响。方法 选取某型机机身连接壁板、机翼壁板、机翼内部大梁结构、平尾接头及垂尾接头的典型模拟件为研究对象,开展实验室加速腐蚀与随机载荷谱交替试验、载荷谱疲劳试验,分析环境对典型结构部位模拟件表面涂层损伤、疲劳断裂位置、疲劳源及中值寿命的影响,建立环境对结构部位疲劳寿命影响关系。结果 采用载荷作用后结构部位模拟件疲劳中值寿命与加速腐蚀环境-疲劳寿命后试样的疲劳中值寿命比值,估算环境对结构部位模拟件疲劳寿命的影响,比值k=1.2~2.5,且比值k越大,说明环境对试样的疲劳寿命影响越大。结论 采用载荷作用后结构部位模拟件疲劳中值寿命与加速环境-疲劳寿命后试样的疲劳中值寿命比值,可初步估算环境对结构部位模拟件疲劳寿命的影响,且试验结果表明,外部环境较内部环境对试样疲劳寿命的影响更大。     

电路板的大气污染物典型腐蚀分析及防护

目的 解决电路板在大气污染物环境下的腐蚀失效问题,提升电路板在大气污染环境中的适应性。方法 从器件选型角度,结合厚膜电阻和SMD LED两种电路板典型腐蚀失效案例,利用金相显微镜和扫描电子显微镜对腐蚀部位形貌分析,利用EDS能谱分析仪分析腐蚀元素和确定入侵路径。通过现场一年的应用对比验证,评价不同封装结构物料的抗腐蚀能力。从电路板涂覆涂层角度,利用恒定盐雾和交变盐雾对比试验,评价不同工艺参数涂层的抗腐蚀能力。结果 通过对厚膜电阻和SMD 硅胶封装LED失效样品的分析,硫元素从器件封装靠近镀银构件结构的薄弱点入侵,生成AgS,最终导致器件失效。带有抗硫化镀层的厚膜电阻和环氧树脂封装LED可以有效切断空气中硫元素的入侵路径,避免腐蚀失效发生。另一方面,通过168 h恒定盐雾和144 h交变盐雾试验结果的分析,随着涂覆厚度和材料黏度的增加,样品的抗盐雾能力得到有效提升,器件引脚位置得到更好的防护。结论 通过改变器件封装、增加涂层涂覆的厚度和材料黏度可以有效提高电路板抗大气污染物腐蚀的能力。该研究对电路板防腐蚀物料选型和涂层工艺参数选择提供了参考。     

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。     

多层沉积SiC涂层与石墨基体的界面表征

目的制备并表征在柔性石墨纸基体上化学气相沉积(CVD)的多层SiC涂层,及其界面结构、界面处的元素分布等。方法以柔性石墨纸为基体、甲基三氯硅烷(MTS)为硅源、H2为载气和还原剂、Ar为稀释气,在1030～1070℃温度区间通过真空感应高温炉在石墨基体上分5次制备了多层SiC涂层。通过SEM和EDS表征并分析该涂层的表面结构和切面结构,以及涂层与基体界面处的元素分布。结果在石墨基体上有效制得了多层SiC涂层,获得的SiC涂层具有明显的两级颗粒结构。经EDS分析确认,在不同沉积层,C与Si的比例的不同。结论实验证实SiC与基体石墨具有良好化学相容性。SiC涂层表面表观致密,纳米尺度堆积颗粒表观致密,但在微米尺度的堆积颗粒间存在空隙。多层涂层间具有1～3μm的不致密SiC间隙。涂层一侧距界面10μm处的元素分布显示,Si和C元素化学计量比趋近于1︰1,可以认为是涂层的过渡层。