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基于热障涂层的La_(2)Zr_(2)O_(7)材料改性研究进展

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材料保护 2024年第3期57卷 50-62,69页

作者：张晓东王昊梁逸帆宋艺王铀哈尔滨工业大学材料科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

随着航空发动机不断向高推重比、高性能方向发展,传统、单一的热障涂层(Thermal barrier coating,TBC)已经不能满足热端部件严苛的服役要求。锆酸镧(La_(2)Zr_(2)O_(7))具有熔点高、高温下结构稳定、低热导率等优点,具有极好的隔热性能... 详细信息

随着航空发动机不断向高推重比、高性能方向发展,传统、单一的热障涂层(Thermal barrier coating,TBC)已经不能满足热端部件严苛的服役要求。锆酸镧(La_(2)Zr_(2)O_(7))具有熔点高、高温下结构稳定、低热导率等优点,具有极好的隔热性能,有望成为新一代热障涂层候选材料,但在实际应用中仍存在两大关键问题,即热膨胀系数低和断裂韧性差。因此,La_(2)Zr_(2)O_(7)材料在服役过程中会因热失配而造成局部热应力集中,导致涂层过早剥落失效,严重影响涂层的服役寿命。国内外研究表明,对La_(2)Zr_(2)O_(7)材料进行改性可以有效解决上述问题。为此,系统分析了关于La_(2)Zr_(2)O_(7)材料改性的研究工作,将La_(2)Zr_(2)O_(7)材料改性总结为4类:第二相复合、稀土掺杂、纳米化和高熵化。重点介绍了4种不同改性方式对La_(2)Zr_(2)O_(7)材料热导率、热膨胀系数的影响及增韧机理,并对La_(2)Zr_(2)O_(7)材料改性研究工作进行总结和展望,以为La_(2)Zr_(2)O_(7)材料在热障涂层领域的应用提供理论支撑。

关键词： La_(2)Zr_(2)O_(7) 热物理性能断裂韧性纳米结构高熵

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高熵稀土氧化物热障涂层材料研究进展

材料保护 2024年第3期57卷 15-27页

作者：张晓东梁逸帆宋艺王昊王铀哈尔滨工业大学材料科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

热障涂层(Thermal barrier coating,TBC)材料在航空发动机和燃气轮机的热防护中具有保护高温合金基底免受氧化及腐蚀,并降低高温合金的工作温度的重要作用。新型热障涂层材料中存在许多高熵稀土氧化物,能够实现比单一主成分稀土氧化物... 详细信息

热障涂层(Thermal barrier coating,TBC)材料在航空发动机和燃气轮机的热防护中具有保护高温合金基底免受氧化及腐蚀,并降低高温合金的工作温度的重要作用。新型热障涂层材料中存在许多高熵稀土氧化物,能够实现比单一主成分稀土氧化物更优异的热学、力学、高温相稳定性以及抗烧结、耐腐蚀等性能。但是目前对高熵稀土氧化物的研究仍然停留在初步阶段,其中稀土元素对材料性能的作用尚未完全明确,且没有形成统一标准。简要概述了热障涂层的基本结构,并重点总结了高熵锆酸盐、铈酸盐、铪酸盐、钽酸盐和铌酸盐等5种高熵稀土酸盐的晶体结构、热物理性能与力学性能。对比分析了其与相应的单一组分稀土酸盐的差异,并探讨了影响其性能优劣的多种因素。相比于单一组分稀土氧化物,高熵稀土氧化物的热导率、热膨胀系数和相稳定性均有明显改善。最后,展望了未来高熵稀土热障涂层的发展方向。

关键词：热障涂层高熵稀土氧化物热膨胀系数热导率

MCrAlY金属黏结层高温失效行为研究进展

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材料工程 2024年第3期52卷 22-32页

作者：刘佳琪王超会林蔚由园程伟东董美伶王铀王宇航朱忠宇刘金泉齐齐哈尔大学材料科学与工程学院黑龙江齐齐哈尔161006 黑龙江省聚合物基复合材料重点实验室黑龙江齐齐哈尔161006 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150001

随着航空发动机与燃气轮机涡轮进口温度的不断提高,MCrAlY(M=Ni,Co或NiCo)包覆型涂层因具有抗高温氧化以及高的热膨胀系数等优点,成为广泛应用的热障涂层金属黏结层材料。然而,高温服役环境下热障涂层中金属黏结层与陶瓷面层界面应力分... 详细信息

随着航空发动机与燃气轮机涡轮进口温度的不断提高,MCrAlY(M=Ni,Co或NiCo)包覆型涂层因具有抗高温氧化以及高的热膨胀系数等优点,成为广泛应用的热障涂层金属黏结层材料。然而,高温服役环境下热障涂层中金属黏结层与陶瓷面层界面应力分布状态愈加复杂,黏结层界面失效导致陶瓷面层的剥落,限制了其在热防护涂层领域的发展。本文简述了黏结层的发展进程,重点阐述高温相转变、热应力和生长应力增加以及S元素扩散等因素导致的黏结层界面的失效行为,分析黏结层界面失效机理,归纳总结了国内外针对金属黏结层界面失效的改进研究工作,并在此基础上提出采用稀土及纳米颗粒协同强化MCrAlY材料,为未来热障涂层体系的优化设计提供了研究方向。

关键词：金属黏结层 MCrAlY 失效机理改性研究

稀土改性NiCrAlY涂层组织与氧化行为研究

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郑州航空工业管理学院学报 2024年第3期42卷 54-64页

作者：宫雪沈远景刘亚莉邢跃骞孙鑫卢瑞祥魏振东张晓东王铀沈阳航空航天大学航空宇航学院辽宁沈阳110136 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了改善Ti Al合金的高温抗氧化性能,采用大气等离子喷涂的方法,在TiAl合金表面制备了稀土元素Ce改性的NiCrAlY涂层,对NiCrAlY和NiCrAlYCe涂层体系进行了900℃/100 h的恒温氧化试验,分析了稀土元素Ce对NiCrAlY涂层的微观组织形貌和相组... 详细信息

为了改善Ti Al合金的高温抗氧化性能,采用大气等离子喷涂的方法,在TiAl合金表面制备了稀土元素Ce改性的NiCrAlY涂层,对NiCrAlY和NiCrAlYCe涂层体系进行了900℃/100 h的恒温氧化试验,分析了稀土元素Ce对NiCrAlY涂层的微观组织形貌和相组成的影响,并进一步探讨了其对NiCrAlY涂层高温氧化机制的影响。研究结果表明,稀土元素Ce的添加能够有效地改善NiCrAlY涂层的高温抗氧化性能。在900℃下恒温氧化100 h后,稀土元素Ce的添加使NiCrAlY涂层的氧化增重降低了16%,氧化速率下降了33%。稀土元素Ce能够促进Al的选择性氧化,抑制NiCr2O4尖晶石氧化物的产生,从而阻碍O的内扩散。稀土元素Ce的添加有效地减小了NiCrAlY/TiAl体系的互扩散区厚度,缓慢的氧化物层生长和元素互扩散有利于改善NiCrAlY涂层的结合性能和抗氧化性能。

关键词： NiCrAlY 稀土改性大气等离子喷涂 TiAl 高温氧化

GCr15钢在干滑动磨损过程中的机制转化及磨损表层组织变化

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金属热处理 1989年第4期14卷 14-19页

作者：王铀哈尔滨工业大学

本文研究了经普通淬火和等温淬火的Gcr15钢的干滑动磨损行为。结果表明,滑动条件的变化能造成磨损机制的转变,出现磨损转型效应。与普通淬火相比,等温淬火可使磨损转型效应的出现朝高载高速方向推移。研究还表明,表面层的显微组织随试... 详细信息

本文研究了经普通淬火和等温淬火的Gcr15钢的干滑动磨损行为。结果表明,滑动条件的变化能造成磨损机制的转变,出现磨损转型效应。与普通淬火相比,等温淬火可使磨损转型效应的出现朝高载高速方向推移。研究还表明,表面层的显微组织随试验条件而变化,在磨损过程中发生α→γ相变,并在磨损表面发现了非晶态组织。

关键词： GCr15钢干滑动磨损表面层

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冷喷涂中粉末处理及复合技术研究进展

中国表面工程 2022年第4期35卷 128-139页

作者：周红霞李雪婷蒋圣威王铀青海大学机械工程学院西宁810016 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150001

冷喷涂是近年来发展起来的一种固态材料沉积技术,具有沉积温度低、沉积速度大、沉积效率高等特点,在金属材料尤其是温度敏感的金属材料固态喷涂成型方面具有明显优势。冷喷涂中,喷涂粉末的状态(包括形状、尺寸和含氧量等)对整个涂层的... 详细信息

冷喷涂是近年来发展起来的一种固态材料沉积技术,具有沉积温度低、沉积速度大、沉积效率高等特点,在金属材料尤其是温度敏感的金属材料固态喷涂成型方面具有明显优势。冷喷涂中,喷涂粉末的状态(包括形状、尺寸和含氧量等)对整个涂层的影响较大,对冷喷涂粉末进行改性和合理设计显得十分重要。阅读和整理近年来冷喷涂研究领域中喷涂粉末的前处理技术,主要包括粉末预热和热处理以及粉末复合技术,粉末复合技术的主要方法有机械混合法、球磨法、造粒法和包覆法等。总结整理了各种技术的优缺点,可为冷喷涂过程中粉末处理技术的选择提供参考。

关键词：冷喷涂粉末处理复合涂层涂层性能

基体表面粗糙度对冷喷涂Ti6Al4V界面结合的数值模拟

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中国表面工程 2022年第3期35卷 262-272页

作者：蒋圣威周红霞李雪婷王铀青海大学机械工程学院西宁810016 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150001

在冷喷涂过程中,基体的表面粗糙度会影响涂层和基体之间的结合,目前对该问题关注还不够,且存在一定争议。以冷喷涂修复Ti6Al4V钛合金(TC4)过程为研究对象,利用有限元模拟手段,建立二维和三维单粒子在不同表面粗糙度基体上的撞击模型。... 详细信息

在冷喷涂过程中,基体的表面粗糙度会影响涂层和基体之间的结合,目前对该问题关注还不够,且存在一定争议。以冷喷涂修复Ti6Al4V钛合金(TC4)过程为研究对象,利用有限元模拟手段,建立二维和三维单粒子在不同表面粗糙度基体上的撞击模型。通过分析粒子在撞击到光滑表面、研磨表面和喷砂表面三种情况下界面的温度、等效塑性应变及系统能量的变化,得出以下结论:随着基体表面粗糙度的增加,粒子的等效塑性应变和扁平率逐渐减小。界面温度和等效塑性应变在基体“波峰”处较高,在“波谷”处较低,在高的表面粗糙度下,粒子的塑性变形减弱,反弹趋势增强。研究结果表明,对冷喷涂TC4修复过程而言,基体的粗糙化不利于涂层与基体的结合。研究结果可为冷喷涂修复钛合金过程中基体预处理方式的选择提供理论指导。

关键词：冷喷涂基体表面粗糙度 TC4 数值模拟界面结合

等离子喷涂用纳米结构Gd_(2)Zr_(2)O_(7)喂料的制备与性能

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表面技术 2022年第10期51卷 353-360页

作者：宫雪刘海洋刘赛月张晓东王铀沈阳航空航天大学航空宇航学院沈阳110136 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150001

目的稀土锆酸盐具有低热导率、优异的抗烧结性能和相稳定性,是下一代热障涂层和环境障涂层的理想材料。通过纳米粉体再造粒技术制备出等离子喷涂用高性能纳米结构球形喂料Gd_(2)Zr_(2)O_(7),以满足下一代热障涂层和环境障涂层的需求。... 详细信息

目的稀土锆酸盐具有低热导率、优异的抗烧结性能和相稳定性,是下一代热障涂层和环境障涂层的理想材料。通过纳米粉体再造粒技术制备出等离子喷涂用高性能纳米结构球形喂料Gd_(2)Zr_(2)O_(7),以满足下一代热障涂层和环境障涂层的需求。方法以Gd_(2)O_(3)与ZrO_(2)粉体为原材料,采用纳米粉体再造粒技术制备出可等离子喷涂用的纳米结构Gd_(2)Zr_(2)O_(7)喂料。利用SEM、XRD研究了固相烧结温度和时间对Gd_(2)Zr_(2)O_(7)含量和晶粒尺寸的影响,分析了纳米结构Gd_(2)Zr_(2)O_(7)喂料在不同纳米粉体再造粒阶段的微观形貌和相组成。同时,测定了纳米结构Gd_(2)Zr_(2)O_(7)喂料的流动性、松装密度和振实密度。结果纳米粉体再造粒技术可以制备出等离子喷涂用纳米结构Gd_(2)Zr_(2)O_(7)喂料,喂料内部结构致密,球形度好,粒径为10~50μm。在纳米粉体再造粒过程中,晶粒尺寸会随着烧结温度的升高而增大。在1300℃烧结2 h生成的Gd_(2)Zr_(2)O_(7)含量高,且晶粒尺寸小,为最优固相烧结工艺。等离子球化处理能有效地改善喂料的流动性。等离子球化处理后的喂料松装密度为2.09 g/cm^(3),振实密度为3.26 g/cm^(3),流动性为22.3 s/(50 g)。结论采用纳米粉体再造粒技术成功制备出纳米结构Gd_(2)Zr_(2)O_(7)粉体喂料。该喂料颗粒内部结构致密,外部表面光滑,球形度好,适合等离子喷涂,有望成为下一代热障涂层和环境障涂层。

关键词：纳米结构等离子喷涂稀土锆酸盐环境障涂层热障涂层

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冷喷涂中的粉末处理及复合技术研究进展

中国表面工程 2022年

作者：周红霞李雪婷蒋圣威王铀青海大学机械工程学院哈尔滨工业大学材料科学与工程学院

冷喷涂是近年来发展起来的一种固态材料沉积技术，由于其具有沉积温度低、沉积速度大、沉积效率高等特点，在金属材料尤其是温度敏感的金属材料固态喷涂成型方面具有明显优势。冷喷涂中，喷涂粉末的状态（包括形状、尺寸和含氧量等）对...

冷喷涂是近年来发展起来的一种固态材料沉积技术，由于其具有沉积温度低、沉积速度大、沉积效率高等特点，在金属材料尤其是温度敏感的金属材料固态喷涂成型方面具有明显优势。冷喷涂中，喷涂粉末的状态（包括形状、尺寸和含氧量等）对整个涂层的影响较大，因此对冷喷涂粉末进行改性和合理设计显得十分重要。阅读和整理近年来冷喷涂研究领域中喷涂粉末的前处理技术，主要包括粉末预热和热处理，以及粉末复合技术，主要方法包括机械混合法、球磨法、造粒法和包覆法等，总结各种技术的优缺点，为冷喷涂中粉末的处理和设计提供参考。

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