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。     

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。     

电子束物理气相沉积制备热障涂层研究进展

介绍了电子束物理气相沉积设备的主要组成、工作原理和电子束物理气相沉积热障涂层的结构特点,并重点论述了工件转速、工件温度、靶材蒸汽入射角度、工件表面的粗糙度、粘结层预氧化、改性粘结层和双层陶瓷层等对电子束物理气相沉积热障涂层性能的影响。     

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。     

不同条件下进行渗后扩散的铝硅涂层氧化行为研究

目的提高铝硅涂层的抗氧化性能。方法采用料浆法在DZ417G定向凝固镍基高温合金叶片的燃气流道表面制备铝硅防护涂层,通过扫描电子显微镜(SEM)分析不同条件下进行渗后扩散的铝硅涂层表面显微组织形貌和截面显微组织形貌。结果无保护气氛下进行渗后扩散处理的铝硅涂层,在扩散过程中就已经发生了氧化,氧化过程首先形成多孔非致密结构的θ-Al_2O_3相,随着氧化过程的进行,θ-Al_2O_3相逐渐转变成致密结构的α-Al_2O_3相,从而起到真正的抗氧化作用。结论铝硅涂层中的Al元素提前被消耗,对铝硅涂层的使用寿命存在一定影响,因而渗后扩散须保证在真空条件下或有保护气氛条件下进行,使叶片表面渗后的铝浓度达到一定的要求,从而在使用过程中可以生成致密结构的α-Al_2O_3相,起到抗氧化作用,提高叶片的使用寿命。     

干湿交替频率对有机涂层失效过程的影响

目的研究干湿交替频率对有机涂层失效过程的影响。方法应用电化学阻抗谱技术,结合浸泡过程中涂层表面以及基底金属的形貌变化,对比研究高频率干湿交替环境和低频率干湿交替环境下,浸泡初期、浸泡中期、浸泡末期有机涂层的失效过程及特征。结果高频率干湿交替环境下,涂层在浸泡初期、中期、末期所经历的时长分别为13、2、5d,而低频干湿交替环境下,涂层在浸泡初期、中期、末期所经历的时长分别为18、4、46 d。对比来看,高频率干湿交替显著缩短了浸泡后期的时长,加速涂层失效过程。此外,高频干湿交替使涂层起泡位置分布均匀,基底金属均匀腐蚀,这与低频干湿交替环境恰好相反。结论高频率干湿交替环境下,涂层失效较快,涂层剥离及基底金属腐蚀较均匀。     

基于双参数威布尔分布的高强度铝合金材料腐蚀损伤分布动力学规律研究

目的研究高强度铝合金材料腐蚀损伤分布的动力学规律。方法通过统计高强度铝合金材料的蚀坑深度和直径,采用双参数威布尔分布进行拟合,提出以双参数威布尔分布中的两个参数α、β作为高强度铝合金材料腐蚀损伤分布的表征量,建立α、β随腐蚀时间增长的多种数学模型。结果α随腐蚀时间的增长而减小,β随腐蚀时间的增长而增大,并且分布参数均能很好地符合一阶指数函数模型。结论与实际蚀坑分布增长物理现象比较,α、β的变化趋势能够揭示出蚀坑分布随时间增长的变化过程,并且腐蚀损伤分布动力学规律能很好地符合一阶指数函数模型。     

冲击损伤对炸药装药冲击起爆特性的影响

目的研究冲击载荷下炸药内部损伤随时间变化特征对其冲击感度的影响规律。方法针对损伤状态随时间变化的两种典型情况,采用冲击波模拟加载的方式对炸药装药进行损伤实验。损伤的恢复时间很长时,在损伤后将试样放置7天后,再研究其损伤状态对其冲击起爆特性的影响;恢复时间很短时,通过控制冲击损伤实验和冲击感度实验之间的时间间隔模拟多层靶板撞击的实际情况。选择常用的两种奥克托金基炸药作为研究对象,通过冲击感度实验确定临界隔板厚度、设计损伤条件,然后进行两种不同损伤愈合时间后的冲击起爆特性实验,研究损伤状态对炸药装药冲击起爆特性的影响。结果在文中损伤条件下,放置7天后,炸药装药的冲击感度均显著下降,而类似于侵彻多层靶板条件的实验后,炸药装药的冲击感度显著增加。结论炸药装药损伤状态随时间的变化对炸药装药冲击起爆有完全不同的影响趋势,在相关的炸药装药安全性设计时,必须考虑与损伤时间状态相关的冲击起爆特性。     

废弃硅钼棒循环再利用制备MoSi2 基抗氧化涂层

目的在实现钼资源循环再利用的同时,提高钼合金高温抗氧化性能。方法将废弃硅钼棒破碎、球磨制成粉末,并结合玻璃粉和硅粉作为原料,采用浆料法在钼基体上制备MoSi_2基抗氧化涂层。通过扫描电子显微镜、X射线衍射和1400℃静态等温氧化实验等分析涂层的微观组织、结构及抗氧化性能。结果制备的MoSi_2基抗氧化涂层厚度约500μm,涂层整体上呈现出相对致密的结构。在1400℃氧化20h后,涂层质量增量为5.88 mg/cm2,呈现出较好的防氧化效果。结论利用浆料法,以废弃硅钼棒为原料,在实现钼资源回收再利用的同时,为钼合金表面制备具有较好抗氧化性能的MoSi_2基抗氧化涂层。氧化过程中,涂层在表面形成了一层致密的SiO2玻璃,具有较强的阻氧能力,减少氧气向基体的渗入,可以在高温氧化环境有效提升钼基体的抗氧化能力。     

低频率干湿交替环境中有机涂层失效过程

目的 研究低频率干湿循环条件下的有机涂层失效过程。方法 应用电化学阻抗谱技术,结合浸泡过程中涂层表面以及基底金属的形貌变化,对比研究全浸环境和低频率干湿交替环境下,浸泡初期、浸泡中期、浸泡末期有机涂层的失效过程及特征。结果 低频率干湿交替环境下,涂层在浸泡初期、中期、末期所经历的时长分别为18、4、46天,较全浸环境来讲,显著缩短了浸泡中期的时长,同时也显著延长了浸泡末期的时长。两种环境下的涂层均发生明显的局部剥离,且基底金属也均有明显的局部腐蚀。结论 低频率干湿交替环境明显延长了涂层的失效过程,且此环境下基底金属出现了明显的局部腐蚀。