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超高速激光熔覆技术研究现状及发展趋势

中国表面工程 2022年第6期35卷 39-50页

作者：郭永明叶福兴祁航天津大学材料科学与工程学院天津300072

超高速激光熔覆技术作为一项新兴表面技术,具有熔覆效率高、粉末利用率高、涂层与基体间冶金结合、涂层稀释率低、基体热影响区小、表面粗糙度小、可轻易制备薄涂层,且整个过程绿色无污染等优点,成为替代电镀硬铬最具潜力的表面技术手... 详细信息

超高速激光熔覆技术作为一项新兴表面技术,具有熔覆效率高、粉末利用率高、涂层与基体间冶金结合、涂层稀释率低、基体热影响区小、表面粗糙度小、可轻易制备薄涂层,且整个过程绿色无污染等优点,成为替代电镀硬铬最具潜力的表面技术手段之一。系统概述超高速激光熔覆技术当前技术水平、研究进展及应用现状,对于其大规模推广具有重要意义。首先介绍超高速激光熔覆的技术特点及优势。其次,重点从超高速激光熔覆关键工艺参数、涂层组织结构及性能、熔覆材料、工艺过程数值模拟四个方面对超高速激光熔覆技术的国内外研究现状进行综述。随后,总结超高速激光熔覆技术在工业领域的应用现状。最后,对超高速激光熔覆技术的未来发展方向及趋势进行展望。主要总结超高速激光熔覆各工艺参数及熔覆层组织结构、性能之间的构效关系,为超高速激光熔覆技术的广泛应用提供借鉴和指导。

关键词：超高速激光熔覆绿色先进制造组织结构腐蚀磨损性能高效率

环境温度对W_2N/Cu薄膜摩擦磨损性能的影响

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真空科学与技术学报 2015年第7期35卷 825-830页

作者：赵洪舰喻利花叶福兴天津大学材料科学与工程学院天津300072 江苏科技大学材料科学与工程学院镇江212003

利用射频磁控溅射仪制备W2N/Cu薄膜,采用高温摩擦磨损试验机、X射线衍射、扫描电镜和Bruker三维形貌仪对摩擦磨损性能及磨痕的相结构、形貌进行表征,采用"绝热法"定量计算了薄膜磨痕处所含物相的相对含量。实验表明,W2N/Cu薄膜的摩擦系... 详细信息

利用射频磁控溅射仪制备W2N/Cu薄膜,采用高温摩擦磨损试验机、X射线衍射、扫描电镜和Bruker三维形貌仪对摩擦磨损性能及磨痕的相结构、形貌进行表征,采用"绝热法"定量计算了薄膜磨痕处所含物相的相对含量。实验表明,W2N/Cu薄膜的摩擦系数受环境温度的影响不明显;而磨损率和磨痕处产生的氧化物相对含量均随环境温度增加逐渐变大。分析表明,W2N/Cu薄膜的摩擦系数主要与磨痕中具有减摩作用的氧化相的量有关;而其磨损率主要与磨痕中具有层状结构的氧化相的量有关。

关键词： W2N/Cu 环境温度摩擦氧化相

航空发动机热障涂层的CMAS腐蚀行为与防护方法

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金属学报 2021年第9期57卷 1184-1198页

作者：郭磊高远叶福兴张馨木天津大学材料科学与工程学院天津300072 天津大学天津市现代连接技术重点实验室天津300072 天津大学先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室天津300072

热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)是航空发动机涡轮叶片的关键核心技术之一,可显著提高发动机工作温度,提升发动机推力和工作效率;但另一方面,更高的发动机工作温度使得叶片及其表面TBCs遭受严重的环境沉积物(主要成分为CaO、Mg... 详细信息

热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)是航空发动机涡轮叶片的关键核心技术之一,可显著提高发动机工作温度,提升发动机推力和工作效率;但另一方面,更高的发动机工作温度使得叶片及其表面TBCs遭受严重的环境沉积物(主要成分为CaO、MgO、Al_(2)O_(3)和SiO2,简称CMAS)腐蚀,造成过早失效。CMAS腐蚀已成为限制TBCs工作温度和服役寿命的难题,抗腐蚀防护是目前TBCs领域研究的重点。本文首先综述了学者们对TBCs CMAS腐蚀问题的认识历程以及CMAS本身特性,再简述了TBCs的CMAS腐蚀机理,重点从TBCs的表面防护层设计、涂层成分改性、新型抗腐蚀涂层材料开发以及涂层结构设计等方面阐述了国际上目前TBCs的抗CMAS腐蚀防护方法,最后对TBCs的超高温环境应用及腐蚀防护发展方向进行了展望。

关键词：燃气涡轮发动机热障涂层 CMAS腐蚀失效机理防护方法

前驱体溶液等离子喷涂参数对涂层形貌的影响及沉积行为机理研究

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表面技术 2019年第4期48卷 55-60页

作者：王瑞叶福兴段佳昊天津大学材料科学与工程学院天津300350 天津大学先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室天津300350 天津大学天津市现代连接技术重点实验室天津300350

目的对不同喷涂工艺参数下涂层的相结构、显微形貌进行研究,确定优化的喷涂工艺参数,讨论分析涂层的沉积行为机理。方法采用前驱体溶液等离子喷涂(SPPS)的方法制备纳米Yb_2O_3稳定的ZrO_2(YbSZ)涂层。在传统等离子喷涂的基础上,增加液... 详细信息

目的对不同喷涂工艺参数下涂层的相结构、显微形貌进行研究,确定优化的喷涂工艺参数,讨论分析涂层的沉积行为机理。方法采用前驱体溶液等离子喷涂(SPPS)的方法制备纳米Yb_2O_3稳定的ZrO_2(YbSZ)涂层。在传统等离子喷涂的基础上,增加液料雾化装置,雾化喷嘴将溶液雾化后直接注入到等离子弧中,通过控制喷涂距离及喷涂功率,研究了涂层相结构、结晶度、晶粒尺寸以及显微形貌的变化趋势,并且结合显微形貌讨论了沉积机理。结果涂层呈现团聚大颗粒、纳米级粒子、大小均匀的孔隙三种显微形貌,大颗粒之间呈堆积形态。当喷涂功率为30 kW时,涂层呈现m-ZrO_2,平均晶粒尺寸达669 nm。随着喷涂距离、喷涂功率的增加,样品中检测到单一的t-ZrO_2相,而且纳米尺寸颗粒的数量大大增加,孔径变小。随着喷涂距离由60 mm增加到100 mm,平均晶粒尺寸先由429 nm减小到177 nm,随后又增加到319 nm。结论喷涂参数影响晶粒的结晶度、晶粒尺寸以及涂层的显微形貌,低功率下得到的涂层存在糊状未结晶组织。增大喷涂功率,可以有效增大结晶度和晶粒尺寸;随着喷涂距离的增大,晶粒尺寸先减小后增大。雾化液滴在等离子火焰中一般要经历浓缩、饱和、固化、析晶形核长大、粒子重熔扁平化的历程,喷涂功率越高,经历温区越高,液滴演变就越充分,通过优化工艺参数可以得到不同结构性能的功能涂层。

关键词：前驱体溶液等离子喷涂 YbSZ 等离子焰流喷涂参数显微形貌沉积行为

高熵陶瓷在热障涂层与环境障涂层中的研究进展

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稀有金属 2023年第11期47卷 1525-1544页

作者：郭磊孟诗钧叶福兴冯佳燚天津大学材料科学与工程学院天津300072 天津大学现代连接技术重点实验室先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室天津300072

热障涂层(TBCs)和环境障涂层(EBCs)是航空发动机的关键技术之一。TBCs可以大幅提高发动机高温合金热端部件的工作温度,EBCs可以有效保护发动机陶瓷基复合材料高温部件。高熵陶瓷(HECs)一般指的是多种组分(5种或以上)以等原子比或接近等... 详细信息

热障涂层(TBCs)和环境障涂层(EBCs)是航空发动机的关键技术之一。TBCs可以大幅提高发动机高温合金热端部件的工作温度,EBCs可以有效保护发动机陶瓷基复合材料高温部件。高熵陶瓷(HECs)一般指的是多种组分(5种或以上)以等原子比或接近等原子比形成的固溶体,其性能具有“鸡尾酒”效应,展现出常规陶瓷材料不具备的优异性能。HECs概念被提出以来已经在很多领域被广泛研究,成为陶瓷材料研究领域的热点。在TBCs与EBCs领域,研究者们对HECs也开展了大量的研究工作,取得了很多研究成果。对国内外已经报道可以用于TBCs和EBCs的新型HECs材料进行了分类总结,介绍了它们的制备方法、晶体结构、热导率、热膨胀系数、力学性能、环境沉积物(CMAS)腐蚀行为以及HECs涂层的制备与性能,并对HECs在TBCs与EBCs中的发展前景进行了展望。

关键词：高熵陶瓷(HECs) 热障涂层(TBCs) 环境障涂层(EBCs) 热物理性能力学性能环境沉积物(CMAS)腐蚀

HVOF喷涂WC-17Co粉末的粒子撞击行为研究

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2016年第8期49卷 882-887页

作者：叶福兴牛安宁郭磊丁坤英天津大学材料科学与工程学院天津300072 天津市先进连接技术重点实验室天津300072 中国民航大学理学院天津300300

超音速火焰(HVOF)喷涂粒子与基体的撞击是一个复杂的动力学过程,了解粒子与基体高速高温的撞击行为对控制HVOF喷涂过程至关重要.本文采用ABAQUS/Explicit有限元程序,依据实验过程中的数据建立模型与施加载荷,研究在HVOF喷涂中WC-17Co粒... 详细信息

超音速火焰(HVOF)喷涂粒子与基体的撞击是一个复杂的动力学过程,了解粒子与基体高速高温的撞击行为对控制HVOF喷涂过程至关重要.本文采用ABAQUS/Explicit有限元程序,依据实验过程中的数据建立模型与施加载荷,研究在HVOF喷涂中WC-17Co粒子与IN718基体的撞击行为.结果表明:WC-17Co粒子在撞击过程中由固态转变为半熔融态;撞击发生后,粒子的撞击变形与基体撞击凹坑的几何尺寸与粒子初始直径的比值基本恒定,但粒子初始直径对粒子撞击变形及基体凹坑的形貌基本没有影响;粒子与基体撞击的动态持续时间与粒子的初始直径成正比,粒子的初始直径越大,撞击过程持续时间越长.

关键词：超音速火焰(HVOF) 有限元分析粒子撞击 WC-17Co IN718

HVOF喷涂WC-12Co粒子在不同基体上的沉积行为

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稀有金属材料与工程 2016年第3期45卷 749-754页

作者：孙策陆冠雄郭磊吕雁兵叶福兴天津大学天津300072

采用超音速火焰喷涂方法(HVOF)在铝合金、紫铜和不锈钢基体上制备WC-12Co扁平粒子,利用扫描电子显微镜(SEM)对半熔化两相粒子的扁平行为及与基体结合状况进行观察分析,并将半熔化WC-Co粒子与基体碰撞模型简化为液相的Co粒子和固相的WC... 详细信息

采用超音速火焰喷涂方法(HVOF)在铝合金、紫铜和不锈钢基体上制备WC-12Co扁平粒子,利用扫描电子显微镜(SEM)对半熔化两相粒子的扁平行为及与基体结合状况进行观察分析,并将半熔化WC-Co粒子与基体碰撞模型简化为液相的Co粒子和固相的WC颗粒分别与基体相互作用的过程,通过改进后的数学模型计算基体与粒子的相对形变比λ。结果表明:HVOF喷涂WC-12Co扁平粒子在铝、铜和不锈钢基体上分别呈现半球状、薄饼状和溅射状形貌,不同形貌的扁平粒子形变比λ不同。与半球状(λ>1)和溅射状(λ<1)扁平形式相比,形成薄饼状(λ≈1)的扁平粒子时粒子与基体均发生适度的变形,有助于增加粒子与基体的有效结合面积,提高结合强度。

关键词： HVOF 扁平行为沉积行为碰撞模型形变比

粉末结构对HVOF喷涂WC-Co涂层组织性能的影响

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稀有金属材料与工程 2015年第12期44卷 3219-3223页

作者：马宁程振雄乌焕涛叶福兴天津大学天津300072

选用4种不同WC尺度的WC-12Co粉末作为初始喂料,通过超音速火焰喷涂系统(HVOF)制备了涂层。考察了不同粉末结构对涂层沉积过程的脱碳行为和涂层组织性能的影响。结果表明:WC颗粒尺寸减小加剧了涂层脱碳行为,涂层中W2C含量增加,粘结相非... 详细信息

选用4种不同WC尺度的WC-12Co粉末作为初始喂料,通过超音速火焰喷涂系统(HVOF)制备了涂层。考察了不同粉末结构对涂层沉积过程的脱碳行为和涂层组织性能的影响。结果表明:WC颗粒尺寸减小加剧了涂层脱碳行为,涂层中W2C含量增加,粘结相非晶化现象明显,涂层硬度增加,但是当WC颗粒尺寸减小到纳米尺度时,韧性下降。双峰结构涂层表现出最好的韧性同时兼备较高的硬度。

关键词：粉末结构 WC-Co HVOF 涂层

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超高速激光熔覆技术的研究现状及发展趋势

中国表面工程 2022年

作者：郭永明叶福兴祁航天津大学材料科学与工程学院天津市现代连接技术重点实验室

超高速激光熔覆技术作为一项新兴表面技术，具有熔覆效率高、粉末利用率高、涂层与基体间冶金结合、涂层稀释率低、基体热影响区小、表面粗糙度小、可轻易制备薄涂层，且整个过程绿色无污染等优点，成为替代电镀硬铬最具潜力的表面技术...

超高速激光熔覆技术作为一项新兴表面技术，具有熔覆效率高、粉末利用率高、涂层与基体间冶金结合、涂层稀释率低、基体热影响区小、表面粗糙度小、可轻易制备薄涂层，且整个过程绿色无污染等优点，成为替代电镀硬铬最具潜力的表面技术手段之一。系统概述超高速激光熔覆技术当前技术水平、研究进展及应用现状，对于其大规模推广具有重要意义。首先介绍了超高速激光熔覆的技术特点及优势；其次，重点从超高速激光熔覆关键工艺参数、涂层组织结构及性能、熔覆材料、工艺过程数值模拟四个方面对超高速激光熔覆技术的国内外研究现状进行了综述；随后，总结了超高速激光熔覆技术在工业领域的应用现状；最后，对超高速激光熔覆技术的未来发展方向及趋势进行了展望。主要总结超高速激光熔覆各工艺参数—熔覆层组织结构—性能之间的构效关系，为超高速激光熔覆技术的广泛应用提供借鉴和指导。

关键词：