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Investigation on plasma-sprayed ZrO_2 thermal barrier coating on nickel alloy substrate 被引量:2
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作者 卢安贤 常鹰 蔡小梅 《Journal of Central South University of Technology》 EI 2002年第4期225-228,共4页
The thermal barrier coatings with NiCrAlY alloy bonding layer, NiCrAlY Y 2O 3 stabilized ZrO 2 transition layer and Y 2O 3 stabilized ZrO 2 ceramic layer are prepared on nickel alloy substrates using the plasma spray ... The thermal barrier coatings with NiCrAlY alloy bonding layer, NiCrAlY Y 2O 3 stabilized ZrO 2 transition layer and Y 2O 3 stabilized ZrO 2 ceramic layer are prepared on nickel alloy substrates using the plasma spray technique. The relationship among the composition, structure and property of the coatings are investiga ted by means of optical microscope, scanning electronic microscope and the experiments of thermal shock resistance cycling and high temperature oxidation resistance. The results show that the structure design of introdu cing a transition layer between Ni alloy substrate and ZrO 2 ceramic coating guarantees the high quality and properties of the coatings; ZrO 2 coatings doped with a little SiO 2 possesses better thermal shock resistance and more excellent hot corrosion resistance as compared with ZrO 2 coating materials without SiO 2 ;the improvement in performance of ZrO 2 coating doped with SiO 2 is due to forming more dense coating structure by self closing effects of the flaws and pores in the ZrO 2 coatings. 展开更多
关键词 plasma spray Ni alloy substrate transition layer ZrO2 ceramic layer thermal barrier coating
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Characterization of functionally graded ZrO_2 thermal barrier coatings sprayed by supersonic plasma spray with dual powder feed ports 被引量:1
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作者 韩志海 王海军 +1 位作者 周世魁 徐滨士 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2005年第S2期257-260,共4页
The functionally graded thermal barrier coatings (FG-TBCs) with 80%ZrO2-13%CeO2-7%Y2O3 (C-YSZ)/NiCoCrAlY were prepared using a recently developed supersonic plasma spraying(S-PS) with dual powder feed ports syst... The functionally graded thermal barrier coatings (FG-TBCs) with 80%ZrO2-13%CeO2-7%Y2O3 (C-YSZ)/NiCoCrAlY were prepared using a recently developed supersonic plasma spraying(S-PS) with dual powder feed ports system. The thermal shock experiment of FG-TBCs specimens was carried out by means of the automatic thermal cycle device, in which the samples were heated to 1200℃ by oxygen-acetylene flame jet then water-quenched to ambient temperature. The temperature—time curves of specimens and photographs can be watched on-line and recorded by a computer during the test. The results show that the totally 1mm-thick FG-TBCs have excellent thermal shock resistance due to the fact that the coatings have no any peeling-off after 200 thermal cycles. The microstructures and morphologies of FG-TBCs were characterized and analyzed by SEM. 展开更多
关键词 supersonic plasma spray (S-PS) dual powder feed ports functionally graded thermal barrier coatings (FG-tbcs) thermal shock
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Fracture of thermal barrier coating with multiple surface cracks and delaminations:Interlayer effect 被引量:1
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作者 范学领 许荣 M.Kikuchi 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2014年第7期2579-2583,共5页
Multiple surface cracks and interfacial delamination are the major failure mechanisms in film/substrate systems.The effect of interlayer upon the failure mechanisms of interfacial delamination concomitant to surface c... Multiple surface cracks and interfacial delamination are the major failure mechanisms in film/substrate systems.The effect of interlayer upon the failure mechanisms of interfacial delamination concomitant to surface crack was explored.Finite element model was developed to obtain the stress and energy release rate(ERR),which governs the propagation of interface cracks.The dependences of delamination upon the geometry and constitutive properties of interlayer were examined.The results indicate that the effect of elastic modulus of interlayer on the steady state ERR is insignificant.In cases of different geometrical parameters,however,the steady ERR decreases with the increase of the interlayer thickness.These findings lead to the conclusion that the interlayer constraint has significant effect on the ERR and thus coating life,which can be adopted to modify the ceramic top coat. 展开更多
关键词 thermal barrier coating DELAMINATION INTERLAYER energy release rate
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Evaluation of properties and thermal stress field for thermal barrier coatings
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作者 王良 齐红宇 +1 位作者 杨晓光 李旭 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2008年第S2期367-371,共5页
In order to get thermal stress field of the hot section with thermal barrier coating (TBCs), the thermal conductivity and elastic modulus of top-coat are the physical key properties. The porosity of top-coat was teste... In order to get thermal stress field of the hot section with thermal barrier coating (TBCs), the thermal conductivity and elastic modulus of top-coat are the physical key properties. The porosity of top-coat was tested and evaluated under different high temperatures. The relationship between the microstructure (porosity of top-coat) and properties of TBCs were analyzed to predict the thermal properties of ceramic top-coat, such as thermal conductivity and elastic modulus. The temperature and stress field of the vane with TBCs were simulated using two sets of thermal conductivity data and elastic modulus, which are from literatures and this work, respectively. The results show that the temperature and stress distributions change with thermal conductivity and elastic modulus. The differences of maximum temperatures and stress are 6.5% and 8.0%, respectively. 展开更多
关键词 thermal barrier coatings thermal CONDUCTIVITY elastic MODULUS temperature FIELD stress FIELD
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Influence of Microstructures on Thermal Shock and Sintering Behavior of YSZ-based Thermal Barrier Coatings
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作者 Kirsten Bobzin Lidong Zhao +1 位作者 Mehmet ?te Tim K?nigstein 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期28-33,共6页
In this study, two thermal barrier coatings based on YSZ were produced by using a commercially available agglomerated and sintered powder and a special spray powder prepared by high energy ball milling. Both thermal b... In this study, two thermal barrier coatings based on YSZ were produced by using a commercially available agglomerated and sintered powder and a special spray powder prepared by high energy ball milling. Both thermal barrier coatings exhibited similar overall porosities, but significantly different microstructures. Application of the special spray powder prepared by high energy ball milling led to a microstructure with numerous inclusions of semi-molten agglomerates, which introduced a plethora of clusters of fine pores into the coating and several more microstructural defects. This microstructure resulted in a significantly better thermal shock behavior compared to the conventional thermal barrier coating. The heat treatment of both thermal barrier coatings atθ=1150℃for t=100 h led to a sintering of both coatings. The results were reduced overall porosity and significantly increased fracture toughness. A correlation between the fracture toughness of both coatings after the heat treatment and the thermal shock life time could not be identified. 展开更多
关键词 thermal barrier coating ZrO2-7%Y2O3 high energy ball MILLING thermal shock
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High temperature cyclic oxidation behavior of Y_2O_3-ZrO_2 thermal barrier coatings irradiated by high-intensity pulsed ion beam
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作者 王一奇 雷明凯 +1 位作者 AFSAR A M SONG J I 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2009年第1期13-17,共5页
The high-temperature oxidation resistance behavior of 7% (mass fraction) Y203-ZrO2 thermal barrier coatings (TBCs) irradiated by high-intensity pulsed ion beam (HIPIB) was investigated under the cyclic oxidation... The high-temperature oxidation resistance behavior of 7% (mass fraction) Y203-ZrO2 thermal barrier coatings (TBCs) irradiated by high-intensity pulsed ion beam (HIPIB) was investigated under the cyclic oxidation condition of 1 050 ℃ and 1 h. The columnar grains in the TBCs disappear after the HIPIB irradiation at ion current densities of 100-200 A/cm^2 and the irradiated surface becomes smooth and densified after remelting and ablation due to the HIPIB irradiation. The thermally grown oxide (TGO) layer thickness of the irradiated TBCs is smaller than that of the original TBCs. After 15 cycles, the mass gains of the original TBCs and those irradiated by ion current densities of 100 and 200 A/cm^2 due to the oxidation are found to be 0.8-0.9, 0.6-0.7, and 0.3-0.4 mg/cm^2, respectively. The inward diffusion of oxygen through the irradiated TBCs is significantly impeded by the densified top layer formed due to irradiation, which is the main reason for the improved overall oxidation resistance of the irradiated TBCs. 展开更多
关键词 Y2O3 ZRO2 thermal barrier coating high-intensity pulsed ion beam electron beam physical vapor deposition oxidation resistance cyclic oxidation
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绝热涂层涂覆活塞耦合预燃室射流点火技术 被引量:2
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作者 程章 黄昭明 +3 位作者 吕冬梅 田瑞娇 王浩 梁媛媛 《机械科学与技术》 北大核心 2025年第3期404-411,共8页
基于一台研究型单缸汽油发动机,通过试验研究了绝热涂层涂覆活塞及无涂层活塞对发动机燃烧性能的影响,并结合预燃室高速射流点火技术进行了进一步分析。结果表明:搭载绝热活塞的发动机在所有负荷范围内,燃烧持续期缩短,CA50提前,传热损... 基于一台研究型单缸汽油发动机,通过试验研究了绝热涂层涂覆活塞及无涂层活塞对发动机燃烧性能的影响,并结合预燃室高速射流点火技术进行了进一步分析。结果表明:搭载绝热活塞的发动机在所有负荷范围内,燃烧持续期缩短,CA50提前,传热损失、THC、CO排放及未燃损失降低,但NOx排放增加,热效率提升且油耗率下降。进一步采用预燃室射流点火技术后,平均有效指示压力(Gross indicated mean effective pressure,GIMEP,记为p GIME)为11.5 bar(1 bar=100 kPa)以下时CA50提前,但平均有效指示压力p GIME为12 bar及以上时CA50推迟,且压力振荡加剧;未燃THC、CO排放及未燃损失增加,NOx排放更高。pGIME为10.5 bar及以下时,热效率和油耗率改善,而PGIME为11.5 bar及以上时恶化。在pGIME为7.5 bar时,搭载绝热活塞的发动机净指示热效率提升4.6%,净指示油耗率降低4.4%。 展开更多
关键词 绝热涂层涂覆活塞 预燃室 燃烧持续期 热效率 油耗率 平均有效指示压力
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航空发动机叶片热障涂层精密磨抛:点云数据处理与样条路径优化
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作者 蔡振华 宋晓航 +3 位作者 董淑娟 陈廷样 唐作鹏 周科 《航空制造技术》 北大核心 2025年第11期22-32,共11页
热障涂层是一种应用于军、民用航空发动机热端部件的重要高温防护技术,由陶瓷氧化物面层和金属粘结底层组成,可以显著降低基材工作温度,具有硬度高、稳定性好、耐高温腐蚀、减少燃油消耗、提高发动机工作效率及使用寿命等技术优势。热... 热障涂层是一种应用于军、民用航空发动机热端部件的重要高温防护技术,由陶瓷氧化物面层和金属粘结底层组成,可以显著降低基材工作温度,具有硬度高、稳定性好、耐高温腐蚀、减少燃油消耗、提高发动机工作效率及使用寿命等技术优势。热障涂层采用大气等离子喷涂方式初始制备后,其表面涂层粗糙度值较高(Ra10μm左右),生产过程中普遍采用磨抛后处理的方法,将其降低至工艺要求的范围内(Ra1.6μm左右)。提出了一种基于点云数据处理的样条路径曲线生成及特征点采样方法,可用于航空发动机小型涡轮叶片表面热障涂层的机器人自动磨抛作业。该方法采用三维视觉传感器实时扫描叶片表面并生成点云数据,然后经过点云处理与B样条曲线拟合算法,生成航空发动机叶片表面高温涂层的全覆盖磨抛路径。经过试验验证,该方法在保持涂层有效厚度的前提下可将涂层表面粗糙度降低至Ra0.7μm以下,实现了航空发动机叶片表面热障涂层磨抛精加工作业。 展开更多
关键词 航空发动机叶片 热障涂层(tbcs) 路径规划 点云切片 曲线拟合
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节能燃气加热器中折流板的应力分析与优化
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作者 杜敏 张帅平 +2 位作者 张永春 王跃成 张嘉迪 《江苏大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2025年第1期43-49,共7页
为了研究加热器中暴露在高温环境下折流板的应力分布规律与安全可靠性,基于有限元分析方法对其进行应力分析,选取危险截面路径进行应力线性化分析,并根据安全评定结果对折流板结构进行优化.结果表明:尖角造成的应力集中对折流板的应力... 为了研究加热器中暴露在高温环境下折流板的应力分布规律与安全可靠性,基于有限元分析方法对其进行应力分析,选取危险截面路径进行应力线性化分析,并根据安全评定结果对折流板结构进行优化.结果表明:尖角造成的应力集中对折流板的应力分布影响较大,其薄膜应力P L过高是导致应力评定危险的主要原因;折流板整体应力大小随着燃料进口速度的增大而增高,温度与热应力大小呈正相关,在不同速度下应力变化趋势相似,换热管束与折流板连接处的结构不连续会造成应力升高;优化方案中,当钝化尖角后,折流板最大热应力降低16.7%,再覆盖热障涂层时的最大热应力较钝化尖角时降低44.5%,较原始结构降低53.7%,且整体热应力下降,优化后折流板强度评定为合格. 展开更多
关键词 折流板 温度场 热流固耦合 热应力 应力评定 热障涂层
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吹风比对热障涂层-气膜冷却系统CMAS侵蚀过程及隔热性能的影响
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作者 张俊红 谢安顺 +3 位作者 高朗 张学玲 林杰威 戴胡伟 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 EI CAS 北大核心 2025年第1期1-11,共11页
针对熔融硅酸盐环境沉积物(CMAS)侵蚀诱发含冷却孔热障涂层结构热防护性能下降的问题,研究了不同吹风比下的CMAS的非均匀侵蚀行为及其对热障涂层(TBCs)隔热性能的影响.在Fluent软件中,考虑热传导、热对流和热辐射(热辐射使用离散纵坐标... 针对熔融硅酸盐环境沉积物(CMAS)侵蚀诱发含冷却孔热障涂层结构热防护性能下降的问题,研究了不同吹风比下的CMAS的非均匀侵蚀行为及其对热障涂层(TBCs)隔热性能的影响.在Fluent软件中,考虑热传导、热对流和热辐射(热辐射使用离散纵坐标辐射模型),建立共轭传热模型得到了在吹风比为1.5、1.0和0.5时TBC-气膜冷却系统的温度分布,在ABAQUS中建立三维相场模型(PFM)模拟CMAS的非均匀侵蚀行为,定量分析不同吹风比下CMAS侵蚀行为对TBC-气膜冷却系统温度分布的影响.分析了侵蚀300 h前后TBCs-气膜冷却系统温度场的变化,探讨了在不同吹风比下CMAS非均匀侵蚀对TBCs靠近主流入口、冷却孔入口前缘、冷却孔出口后缘和主流出口4个典型位置沿涂层厚度方向路径上热阻的影响.结果表明:TBC-气膜冷却系统在工作条件下具有三维温度梯度,沿主流流动方向和沿TBCs厚度方向上有较高的温度梯度,冷却孔附近区域温度分布的不均匀度高.陶瓷(TC)层中的CMAS浓度分布呈明显的不均匀性,在高温度区域内CMAS侵蚀速率更高,吹风比降低会引起TC层温度上升,温度不均匀性下降,CMAS的侵蚀程度增加,浓度分布的不均匀性下降.CMAS侵蚀会降低TBCs的隔热性能,吹风比为1.5、1.0和0.5时,侵蚀前后TBCs在靠近主流入口位置沿厚度方向路径上热阻下降率最高,分别为16.47%、17.13%和17.55%.CMAS侵蚀对TBCs在冷却孔出口后缘的隔热性能的影响较小,热阻在侵蚀前后的变化不大. 展开更多
关键词 吹风比 热障涂层 CMAS非均匀侵蚀 隔热性能
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热障涂层在大气环境下的腐蚀
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作者 曹学强 曾佳敏 +5 位作者 石瑶 袁颖菁 方向 杜广 邓龙辉 蒋佳宁 《应用化学》 北大核心 2025年第7期930-944,共15页
热障涂层(Thermal barrier coatings,TBCs)已广泛应用于航空、航天和地面燃气轮机等发动机热端部件的防护。TBCs的结构通常是金属基底/粘结层/陶瓷面层。常用的基底材料是镍基高温合金,基本组成是MCrAlY(M=Ni,Co),还添加少量强化元素如R... 热障涂层(Thermal barrier coatings,TBCs)已广泛应用于航空、航天和地面燃气轮机等发动机热端部件的防护。TBCs的结构通常是金属基底/粘结层/陶瓷面层。常用的基底材料是镍基高温合金,基本组成是MCrAlY(M=Ni,Co),还添加少量强化元素如Re、W、Ta和Si等;粘结层(Bond coat,BC)的基本组成也是镍基高温合金MCrAlY,但抗氧化元素Cr和Al含量比较高;陶瓷面层以氧化钇稳定的氧化锆(Yttria stabilized zirconia,YSZ)为主。TBCs生产完毕后,在大气环境下放置半个月以上,表面可能出现腐蚀斑点。TBCs的腐蚀现象大多数发生在每年的5~7月多雨、潮湿和高温季节。采用激光烧蚀-电感耦合等离子-质谱(Laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectroscopy,LA-ICP-MS)分析了腐蚀斑点中的Ni、Co、Cr、Al、Zr和Y元素含量在TBCs厚度方向的分布,证明腐蚀斑点是BC的腐蚀产物向外扩散而形成的。BC的Al含量比基底高,导致BC与基底之间的界面产生电偶腐蚀。空气中的酸性污染物和封孔剂中的酸性杂质,是BC电偶腐蚀的电解质。降低封孔剂中酸性杂质含量以及在喷涂封孔剂之前使TBCs保持干燥,是防止BC腐蚀的有效方法。 展开更多
关键词 热障涂层 粘结层 腐蚀斑点
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基于多弹性参数超声反演热障涂层孔隙形貌与宏观弹性特性关系
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作者 马志远 阳纪伟 +1 位作者 孙珞茗 林莉 《中国表面工程》 北大核心 2025年第1期118-126,共9页
热障涂层(TBCs)内部微观结构对其宏观弹性影响显著,探究TBCs孔隙微观结构特征与宏观弹性之间的关系对于优化制备工艺参数及预测使役寿命至关重要。针对现有基于椭圆近似研究TBCs孔隙率、尺寸、取向与涂层宏观弹性关系,未考虑孔隙不规则... 热障涂层(TBCs)内部微观结构对其宏观弹性影响显著,探究TBCs孔隙微观结构特征与宏观弹性之间的关系对于优化制备工艺参数及预测使役寿命至关重要。针对现有基于椭圆近似研究TBCs孔隙率、尺寸、取向与涂层宏观弹性关系,未考虑孔隙不规则形貌对宏观弹性影响的问题,开展了基于水浸超声背反射试验,采用随机孔隙模型(RVM)与随机球孔模型(RSM)进行超声有限元数值模拟,结合灵敏度分析方法定量反演TBCs的多个弹性常数,并分别与微观力学理论计算以及试验测量的弹性常数进行对比,揭示孔隙不规则形貌对宏观弹性的影响规律。等离子体喷涂Al2O3涂层弹性常数的超声测量、数值模拟以及理论计算结果显示:弹性常数具有明显的弹性各向异性,数值模拟发现基于RSM模型测量的弹性常数值与理论值具有较好的一致性,相对偏差不超过3.32%;基于RVM模型测量的弹性常数值与理论值的相对偏差高达12.53%,孔隙不规则形貌对TBCs宏观弹性具有不可忽略的影响,而且具有不规则形貌的RVM反演结果相较于RSM与试验结果更相近,进一步说明孔隙不规则形貌会显著影响涂层的弹性性能。研究结果为表征TBCs微观结构的复杂形貌提供一定的支撑,对研究TBCs微观结构与弹性性能关系并进一步优化制备工艺具有重要意义。 展开更多
关键词 热障涂层 超声反射 孔隙结构 孔隙形貌 弹性各向异性
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航发涡轮叶片热障涂层磨削厚度的视觉测量技术研究
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作者 蔡振华 刘海宪 +3 位作者 陈廷样 邓春明 王超 牛少鹏 《航空制造技术》 北大核心 2025年第5期50-58,共9页
提出了一种基于三维点云处理的航空发动机涡轮叶片热障涂层厚度无损检测方法。利用线激光传感器采集叶片表面的三维点云数据,并通过点云剪裁、滤波和配准等步骤,消除点云噪声并减小叶片装夹误差。采用局部法向投影法计算喷涂和磨抛前后... 提出了一种基于三维点云处理的航空发动机涡轮叶片热障涂层厚度无损检测方法。利用线激光传感器采集叶片表面的三维点云数据,并通过点云剪裁、滤波和配准等步骤,消除点云噪声并减小叶片装夹误差。采用局部法向投影法计算喷涂和磨抛前后叶片点云与初始叶片基材点云之间的距离,从而确定涂层厚度。试验结果表明,该方法在热障涂层厚度无损检测领域具有良好的可行性和精确性。与金相显微镜测量值相比,3个样品喷涂后的涂层厚度平均相对误差分别为2.69%、2.54%和2.07%,磨抛后的平均相对误差分别为2.79%、2.66%和3.08%。此外,还分析了系统误差来源,包括点云采集误差、配准误差和厚度计算误差,并提出了相应的改进措施。研究表明,该方法适用涂层材料范围广,能够有效提升航空发动机涡轮叶片的检测效率和准确性。 展开更多
关键词 涡轮叶片 热障涂层(tbc) 三维点云处理 涂层厚度测量 无损检测
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商用MCrAlY粉末对纳米结构YSZ热障涂层热循环行为的影响
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作者 李超 程玉贤 +1 位作者 王璐 陈卫杰 《航空材料学报》 北大核心 2025年第2期73-81,共9页
分析目前国际燃气轮机制造商和维修商常用的3种Al含量高于8%(质量分数)的MCrAlY金属黏结层对HVOF-MCrAlY+APS-纳米结构YSZ(nYSZ)热障涂层在室温至1150℃之间的热循环行为的影响。HVOF-A386-2.5+APS-nYSZ的平均热循环寿命最高,HVOF-A9624... 分析目前国际燃气轮机制造商和维修商常用的3种Al含量高于8%(质量分数)的MCrAlY金属黏结层对HVOF-MCrAlY+APS-纳米结构YSZ(nYSZ)热障涂层在室温至1150℃之间的热循环行为的影响。HVOF-A386-2.5+APS-nYSZ的平均热循环寿命最高,HVOF-A9624+APS-nYSZ的平均热循环寿命最低,但是三者差别并不十分明显。3种HVOF-MCrAlY+APS-nYSZ热障涂层在热循环环境中的失效方式与传统的HVOF-MCrAlY+APSYSZ(mYSZ)的失效方式完全相同,主要是由于nYSZ/mYSZ和m YSZ/mYSZ界面开裂引起在靠近APSYSZ/HVOF-MCrAlY界面的APS-nYSZ层中的裂纹扩展与合并。HVOF-A9624表面的TGO生长速率最高,HVOF-A386-2.5表面的TGO生长速率最低,但是三者差别并不明显。由此可知,可以通过以下方式改善HVOFMCrAlY+APS-nYSZ热障涂层热循环寿命:增加HVOF-MCrAlY的表面粗糙度以改善APS-nYSZ/HVOFMCrAlY界面的结合强度;提高APS-nYSZ层中的YSZ/YSZ界面的结合力以避免YSZ/YSZ界面和APS-nYSZ外表面的开裂;控制HVOF-MCrAlY中的Al含量、添加适量能够减缓扩散速率的合金元素,以降低TGO生长速率和防止生成大量的CSN混合氧化物,或能减缓热障涂层中的裂纹扩展。 展开更多
关键词 燃气轮机 热障涂层 HVOF-MCrAlY APS-nYSZ 热生长氧化物 裂纹扩展 热循环寿命
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TiAl基合金高温防护及热障涂层体系研究进展 被引量:1
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作者 张业飞 江海涛 +2 位作者 田世伟 张思远 李冲 《材料导报》 北大核心 2025年第4期154-163,共10页
TiAl基合金以其低密度、高比强度、耐烧蚀、良好的高温力学性能等优点成为新型轻质高温结构候选材料,自20世纪70年代以来备受关注。随着各种强韧化措施的研究不断深入,TiAl基合金的室温脆性问题逐步得到了解决。TiAl基合金成功应用于航... TiAl基合金以其低密度、高比强度、耐烧蚀、良好的高温力学性能等优点成为新型轻质高温结构候选材料,自20世纪70年代以来备受关注。随着各种强韧化措施的研究不断深入,TiAl基合金的室温脆性问题逐步得到了解决。TiAl基合金成功应用于航空发动机叶片、航天飞行器蒙皮、舵翼、汽车排气阀等。然而,TiAl基合金高温抗氧化性能不足,限制了其作为高温零部件的应用。目前,主要通过整体合金化以及表面改性两种方式来改善TiAl基合金的高温抗氧化性能。整体合金化是在合金中添加Nb、Si、Mo、W、稀土等合金元素,促使合金表面形成致密的氧化层并提高氧化层与基体的结合力;表面改性主要包括表面合金化和表面涂层两种途径,表面合金化技术一般采用热扩散、离子注入、预氧化、激光表面合金化等方法,表面涂层技术是利用不同种类的涂层改善基体的表面性能,例如Ti-Al-X体系涂层、MCrAlY热障涂层、陶瓷涂层、复合涂层。热障涂层,作为一种表面改性中的涂层材料,具有优异的抗氧化性能以及长期服役性能。当应用于TiAl基合金表面时,热障涂层能够有效提升合金的高温抗氧化性能。但两者结合也存在如下问题,热生长氧化物的过度生长导致界面失效,以及涂层与基体元素互扩散严重,导致热障涂层/TiAl合金体系长期服役性能减弱。本文归纳并分析了TiAl基合金的高温氧化行为,分别从整体合金化以及表面改性两个方面综述了TiAl基合金高温防护的影响因素和作用机理,分析了热障涂层应用在TiAl合金表面所面临的问题并提出了改进方案,以期为提高TiAl基合金的抗高温氧化性能及发展热障涂层/TiAl合金体系提供参考。 展开更多
关键词 TIAL基合金 热障涂层 抗氧化性能 整体合金化 表面改性
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PS-PVD YSZ/GZO复合涂层制备工艺优化
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作者 李新慧 何箐 +3 位作者 王世兴 由晓明 邹晗 赵乾 《中国表面工程》 北大核心 2025年第4期266-279,共14页
目前等离子物理气相沉积(PS-PVD)技术为制备高隔热、长寿命柱状结构热障涂层提供了巨大潜力,但PS-PVD工艺参数较多、工艺复杂,且各参数之间存在交互作用,导致涂层微结构及性能存在明显差异。为探究PS-PVD工艺参数对涂层微结构及性能影... 目前等离子物理气相沉积(PS-PVD)技术为制备高隔热、长寿命柱状结构热障涂层提供了巨大潜力,但PS-PVD工艺参数较多、工艺复杂,且各参数之间存在交互作用,导致涂层微结构及性能存在明显差异。为探究PS-PVD工艺参数对涂层微结构及性能影响的交互作用规律,采用田口试验方法(Taguchi method),以喷涂电流、喷涂步进和送粉速率等工艺参数为影响因子,以涂层微结构特征、燃气热冲击寿命等为响应值,分析各响应值均值的主效应图、方差以及交互作用。研究结果表明,在其他参数一定的情况下,对YSZ/GZO涂层寿命影响的显著性依次是喷涂步进>喷涂电流>送粉速率,这种情况下优选的工艺参数依次为喷涂步进200 mm,喷涂电流2200 A,送粉速率10 g/min,1350℃燃气热冲击寿命可达3062次。通过田口试验方法系统研究各工艺参数之间的交互作用以及对涂层微结构和燃气热冲击寿命的影响规律,有效提高试验数据的准确性、可靠性,降低研发成本及试验周期,制备出高性能、长寿命PS-PVD YSZ/GZO复合涂层,掌握了该复合涂层微结构调控及可控制备方法。 展开更多
关键词 等离子物理气相沉积 热障涂层 田口试验 热冲击寿命 交互作用
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强流脉冲电子束表面改性技术及其在热障涂层改性中的研究进展
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作者 温强 李向成 +2 位作者 花银群 关庆丰 蔡杰 《材料导报》 北大核心 2025年第3期176-186,共11页
随着材料科学领域的不断发展,表面改性技术在提升材料性能和功能方面扮演着十分重要的角色。强流脉冲电子束表面改性技术作为一种先进的材料表面加工方法,以其独特的高能量密度和快速加工特性,逐渐成为研究热点之一,其能够有效提高材料... 随着材料科学领域的不断发展,表面改性技术在提升材料性能和功能方面扮演着十分重要的角色。强流脉冲电子束表面改性技术作为一种先进的材料表面加工方法,以其独特的高能量密度和快速加工特性,逐渐成为研究热点之一,其能够有效提高材料表面硬度、耐磨性、抗蚀性、抗高温氧化性等性能。本文综述了强流脉冲电子束表面改性技术的改性原理、应用领域以及其对材料微观结构演变及性能提升的影响机制,并重点探讨了该技术在热障涂层领域的研究进展,以及未来的发展方向。强流脉冲电子束表面改性技术为改善热障涂层微观结构和界面性能提供了新的研究方法和思路,对延长热障涂层高温寿命具有重要研究意义。 展开更多
关键词 强流脉冲电子束技术 表面改性 改性特征 热障涂层 材料性能
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超高温热阻涂层研究进展
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作者 刘冬瑞 唐兴 +3 位作者 肖杰 郭谦 何雯婷 郭洪波 《材料工程》 北大核心 2025年第1期1-14,共14页
随着航空发动机涡轮前进口燃气温度的不断提升,传统的热障涂层难以有效阻隔高温燃气产生的近红外光波段热辐射,热辐射传热可透过涂层直接加热下层金属基体,损害热端部件服役寿命。本文结合作者的实验结果,综述了新型兼顾辐射抑制能力的... 随着航空发动机涡轮前进口燃气温度的不断提升,传统的热障涂层难以有效阻隔高温燃气产生的近红外光波段热辐射,热辐射传热可透过涂层直接加热下层金属基体,损害热端部件服役寿命。本文结合作者的实验结果,综述了新型兼顾辐射抑制能力的热障涂层材料设计和结构设计,对比了传统热障涂层的近红外光学特性,深入探讨了目前用来提高涂层抑制辐射传热能力的方法。重点针对传统热障涂层YSZ在短波红外波段不能有效阻隔红外辐射热传播的问题,对提高涂层的红外反射率或红外吸收率这两类降低热障涂层红外透过率的基本途径进行了分析,并对提高涂层红外反射率和吸收率的调控手段、影响因素、内在机理及优缺点进行了系统总结。最后指出新型辐射抑制涂层在材料和结构设计以及高性能计算辅助等方面的未来发展趋势和突破方向。 展开更多
关键词 热障涂层 热阻涂层 辐射抑制 红外吸收 红外反射
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高温热暴露对等离子喷涂YSZ孔隙结构和力学性能的影响
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作者 王喆锦 王丽爽 +3 位作者 麻忠宇 董会 姚建洮 周勇 《材料导报》 北大核心 2025年第4期147-153,共7页
采用大气等离子喷涂工艺在不同喷涂距离下制备YSZ涂层,并在1300℃下进行不同时间高温热暴露。表征了喷涂态以及热暴露过程中涂层微观结构(表观孔隙率、2D孔隙密度、3D孔隙率)和力学性能(硬度、弹性模量)的变化。结果表明,当喷涂距离增大... 采用大气等离子喷涂工艺在不同喷涂距离下制备YSZ涂层,并在1300℃下进行不同时间高温热暴露。表征了喷涂态以及热暴露过程中涂层微观结构(表观孔隙率、2D孔隙密度、3D孔隙率)和力学性能(硬度、弹性模量)的变化。结果表明,当喷涂距离增大时,喷涂态涂层内部表观孔隙率、2D孔隙密度以及3D孔隙率均增大,且涂层中3D孔隙占比增大。对于同一喷涂距离的涂层,高温热暴露后,3D孔隙率变化较小,表观孔隙率和2D孔隙密度显著下降,涂层硬度和弹性模量显著增加。涂层硬度、弹性模量、表观孔隙率和2D孔隙密度随热暴露时间变化均呈现双阶段演变过程,0~20 h变化显著,20~100 h变化逐渐缓慢。涂层相结构分析表明,热暴露期间涂层相结构并未发生明显变化。涂层在高温下热暴露100 h后,表观孔隙率和2D孔隙密度约分别降低35.8%和68.2%,涂层硬度和弹性模量约分别增加78.5%和81%,3D孔隙约降低8.6%。热暴露过程中2D孔隙愈合主导了涂层的烧结致密化,最终导致涂层力学性能发生变化。随着喷涂距离增加3D孔隙占比增大,热暴露后涂层硬度及弹性模量的增量减少。因此,当涂层内部3D孔隙占比越多时,涂层抗烧结能力增强。 展开更多
关键词 等离子喷涂YSZ 热障涂层 热暴露 孔隙结构 力学性能
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机器学习技术在航空材料领域的应用
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作者 何玄 宋鹏 +2 位作者 孔德昊 黄太红 李青 《航空材料学报》 北大核心 2025年第3期85-104,共20页
机器学习技术在航空材料领域具有广阔的发展前景,并在材料选择、设计和优化等方面发挥着重要作用。首先简要论述机器学习技术在航空领域中的优势和潜力,概述机器学习的技术发展、算法类别和特征及其局限性,介绍机器学习在科学研究中,特... 机器学习技术在航空材料领域具有广阔的发展前景,并在材料选择、设计和优化等方面发挥着重要作用。首先简要论述机器学习技术在航空领域中的优势和潜力,概述机器学习的技术发展、算法类别和特征及其局限性,介绍机器学习在科学研究中,特别是复杂材料数据形式下的常规的或潜在的应用。其次,主要关注机器学习在航空材料领域的研究现状,探讨近年来利用机器学习辅助高温合金材料、高强度结构材料、热防护涂层材料及功能与智能材料的研究进展,并阐述机器学习驱动航空材料研究的策略和方法。最后,对机器学习辅助航空材料研发所面临的挑战进行展望,通过推动数据资源的开放共享、深化领域知识和物理规律在机器学习模型中的融合,以及不同类型数据的特征一致性转换,助力航空材料研究向大数据驱动的材料科学第四范式转型。 展开更多
关键词 机器学习 航空材料 高温合金 热障涂层 结构与性能预测
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