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粘结层预处理对PS-PVD沉积7YSZ热障涂层氧化行为的影响

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表面技术 2017年第3期46卷 84-90页

作者：邝子奇陈文龙刘敏毛杰邓子谦广东省新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室广东省现代表面工程技术重点实验室广州510650 广东工业大学材料与能源学院广州510006

目的提高PS-PVD沉积7YSZ热障涂层的抗高温氧化性能。方法采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)分别在未预处理和预处理(抛光+预氧化)的粘结层表面制备了柱状结构7YSZ热障涂层,并在大气环境下测试了柱状结构7YSZ热障涂层的950℃静态高温... 详细信息

目的提高PS-PVD沉积7YSZ热障涂层的抗高温氧化性能。方法采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)分别在未预处理和预处理(抛光+预氧化)的粘结层表面制备了柱状结构7YSZ热障涂层,并在大气环境下测试了柱状结构7YSZ热障涂层的950℃静态高温氧化性能。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱仪对高温氧化过程中的陶瓷层/粘结层界面形貌、TGO层结构演变进行表征。结果粘结层的抛光处理能够降低表面几何受力不均匀部位,抑制陶瓷层/TGO/粘结层界面处微裂纹的产生,同时粘结层的预氧化处理形成的薄而连续的TGO层能有效降低TGO的生长速度,抑制陶瓷层-粘结层之间的元素互扩散。柱状结构7YSZ涂层的高温氧化动力学曲线符合Wagner抛物线规律,粘结层未预处理和预处理的7YSZ热障涂层的氧化速率常数分别为0.101×10^(-12) cm^2/s和0.115×10^(-13) cm^2/s。结论粘结层预处理能有效改善等离子物理气相沉积7YSZ热障涂层的抗氧化性能。

关键词：等离子喷涂-物理气相沉积 7YSZ 粘结层预处理高温氧化柱状结构 TGO层结构演变

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先进超导托卡马克用涂层制备与性能研究

先进超导托卡马克用涂层制备与性能研究

作者：邝子奇中南大学

学位级别：硕士

铬锆铜合金基体上制备厚钨涂层,利用钨优良的抗高温等离子辐照性能及耐高温的性能,并且考虑到等离子辐照在钨层上所产生的大量的热量能被高导热铬锆铜合金热材料迅速带走,因此铬锆铜合金基体上制备厚钨涂层,是聚变堆中非常理想的第一壁... 详细信息

铬锆铜合金基体上制备厚钨涂层,利用钨优良的抗高温等离子辐照性能及耐高温的性能,并且考虑到等离子辐照在钨层上所产生的大量的热量能被高导热铬锆铜合金热材料迅速带走,因此铬锆铜合金基体上制备厚钨涂层,是聚变堆中非常理想的第一壁材料。但是钨和铜存在很大的物理性能上的差异,使得在铜合金基体上喷涂厚钨涂层非常困难。本文对在铬锆铜合金基体上制备钨涂层进行了研究。采用过渡层的方式与基体铜合金进行预处理,降低了热应力对其的影响,提高了钨涂层的结合强度;通过对涂层的电子束高热负荷测试,VPS-W/Cu过渡涂层表现出较为优异的热负荷性能,能够承受10MW/m2的能量密度的辐照强度,在高热负荷实验后仅在表面出现裂纹损伤。本论文对第一壁材料性能的提高进行了研究,获得如下主要结论：（1）采用低压等离子喷涂（LPPS）技术,选择合适的W粉和采用Cu粉以及Ni粉在铬锆铜合金基体上制备了两种W涂层,结果表明：LPPS-W/Cu涂层基本性能（如结合强度、热导等性能）较LPPS-W/Ni好。（2）用Cu粉在铬锆铜合金基体上制备W/Cu梯度涂层和Ni粉末在铬锆铜合金基体上制备中间层,结果表明：采用W/Cu梯度方法制备的W涂层较LPPS-W/Ni有更好的抗热辐照能力。（3）低压等离子喷涂钨涂层的电子束热负荷性能实验结果表明：LPPS-W涂层表现出较为优异的热负荷性能,能够承受10MW/m2的能流密度,实验后仅在表面出现裂纹损伤。而APS-W涂层在7.5MW/m2表面出现明显裂纹,试验后材料失效,涂层内的氧化物是涂层的力学性能降低的主要原因。LPPS-W涂层限制器在10MW/m2能够承受250S周疲劳测试。同时,热负荷实验也发现,涂层表面形貌对涂层裂纹的产生有影响。（4）HT-7等离子体与LPPS-W涂层相互作用过程中,钨涂层表面出现沿晶裂纹以及溅射和再沉积行为,在稳态热负荷加载条件下,涂层内部和界面处的破坏是钨涂层失效的主要原因,涂层分层、开裂或者脱落是主要的失效形式;而在瞬态高热负荷加载条件下,表面熔化、蒸发等破坏导致涂层失效。

关键词：低压等离子喷涂 W/Cu梯度高能电子束轰击

喷距对低温超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层性能的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2015年第3期46卷 822-828页

作者：韩滔邓春明罗兵辉陈和兴张小锋邝子奇中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083 广州有色金属研究院广东广州510651

以粒度为5--15μm的WC-10Co4Cr为热喷涂粉末,采用低温超音速火焰喷涂（LT-HVOF）技术制备WC-10Co4Cr涂层,并利用粒子收集技术研究喷距对涂层显微结构和性能的影响。采用扫描电子显微镜（SEM）、粗糙度测试仪和显微硬度仪分别对涂层的显... 详细信息

以粒度为5--15μm的WC-10Co4Cr为热喷涂粉末,采用低温超音速火焰喷涂（LT-HVOF）技术制备WC-10Co4Cr涂层,并利用粒子收集技术研究喷距对涂层显微结构和性能的影响。采用扫描电子显微镜（SEM）、粗糙度测试仪和显微硬度仪分别对涂层的显微结构、粗糙度、硬度和韧性进行测试分析。实验结果表明：WC-10Co4Cr涂层的显微硬度（HV0.3）和致密度随着喷距的增大而降低,分别由喷距100 mm时的1 484.19和0.5%降低至喷距310 mm时的930.50和2.2%;涂层的结构和性能与粉末在焰流中的熔融状态和飞行速度相关,喷距在100~190 mm范围内粉末呈未熔化状态,220~310 mm范围内呈微熔化状态,粉末的飞行速度随喷距的增加呈下降趋势;粉末呈微熔化状态时断裂韧性与HVOF涂层相当且明显高于粉末呈未熔化状态的断裂韧性;优化的喷涂距离为220~280 mm,该段距离内可以获得涂层粗糙度约为2μm、孔隙率小于1%、显微硬度大于1 018（HV0.3）、断裂韧性大于3.323 1 MPa·m1/2的涂层。

关键词：碳化钨低温超音速火焰喷涂喷涂距离断裂韧性显微硬度

超音速等离子喷涂Al_2O_3涂层制备及工艺优化

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材料热处理学报 2015年第1期36卷 143-146页

作者：毛杰邓春明邝子奇曾威刘敏广州有色金属研究院广东广州510651

采用超音速等离子喷涂技术制备了Al2O3陶瓷涂层,利用XRD、SEM对涂层进行表征与分析。根据Box-Behnken二阶响应曲面法,基于涂层厚度h设计了三因素三水平的工艺优化试验,建立了喷涂电流I、等离子发生气体压力Pair、喷距d与响应输出值之间... 详细信息

采用超音速等离子喷涂技术制备了Al2O3陶瓷涂层,利用XRD、SEM对涂层进行表征与分析。根据Box-Behnken二阶响应曲面法,基于涂层厚度h设计了三因素三水平的工艺优化试验,建立了喷涂电流I、等离子发生气体压力Pair、喷距d与响应输出值之间的数学模型。结果表明:涂层与基体结合界面良好,涂层致密且孔隙率极低;大颗粒在超音速等离子射流中熔化不充分而保留原始α-Al2O3相,工艺适用粉末要求粒径小且分布较窄,得到了沉积厚度的最终响应曲面法拟合方程。I或d增大,或Pair降低,h都呈增大趋势,最优工艺为Pair=3.5 MPa,I=340 A和d=230 mm。

关键词：超音速等离子喷涂 Al2O3 粉末粒径工艺优化沉积厚度

大气等离子喷涂Cr_2O_3涂层的响应曲面法工艺优化

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机械工程材料 2014年第6期38卷 100-104页

作者：毛杰邓畅光杨焜邝子奇欧献广州有色金属研究院广州510651

根据Box-Behnken二阶响应曲面法,设计了三因素三水平的回归分析试验;采用大气等离子喷涂技术在TC4钛合金表面制备了Cr2O3涂层,以不同工艺条件下的涂层显微硬度(H)作为响应值,建立了喷涂电流I、等离子气体流量QAr和喷距d与硬度响应输出... 详细信息

根据Box-Behnken二阶响应曲面法,设计了三因素三水平的回归分析试验;采用大气等离子喷涂技术在TC4钛合金表面制备了Cr2O3涂层,以不同工艺条件下的涂层显微硬度(H)作为响应值,建立了喷涂电流I、等离子气体流量QAr和喷距d与硬度响应输出之间的数学模型,讨论三种影响因子的显著性及其交互作用的影响,得到了涂层硬度的连续变量响应曲面和等高曲线,用于大气等离子喷涂Cr2O3涂层的工艺优化和性能预测。结果表明:涂层硬度的优化二次拟合曲线方程为H=17 330.35+10.15I-735.74QAr-47.57d+0.073I·d-0.014I2+7.8QAr2;最大硬度的预测参数为I=588.47 A,QAr=40.00 L·min-1,d=80.00 mm,此时能获得的硬度高达1 271.72 HV0.3,与实际测得的最大硬度1 284.7 HV0.3相当。

关键词：大气等离子喷涂 Cr2O3涂层显微硬度响应曲面法工艺优化

稀土硅铁对TBCs梯度热障涂层组织与性能影响的研究

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中国腐蚀与防护学报 2002年第3期22卷 176-179页

作者：邓畅光邝子奇广州有色金属研究院广州510651

通过低压等离子喷涂技术在Ni基合金表面制备了Y2 O3 -CeO2 -TZP/NiCoCrAlY梯度热障涂层 ,采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、电子探针等方法研究了稀土硅铁对Y2 O3 -CeO2 -TZP/NiCoCrAlY梯度热障涂层的组织和性能的影响 .结果表... 详细信息

通过低压等离子喷涂技术在Ni基合金表面制备了Y2 O3 -CeO2 -TZP/NiCoCrAlY梯度热障涂层 ,采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、电子探针等方法研究了稀土硅铁对Y2 O3 -CeO2 -TZP/NiCoCrAlY梯度热障涂层的组织和性能的影响 .结果表明 ,在涂层中加入适量的稀土硅铁 ,能改善涂层的组织结构。

关键词：梯度热障涂层抗热震性能抗氧化性能稀土硅铁

环境压强对低压等离子喷涂熔滴沉积行为及涂层性能的影响

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中国有色金属学报 2014年第3期24卷 708-717页

作者：杨焜刘敏邓畅光邝子奇曾威福本昌宏广州有色金属研究院新材料研究所广东510650 日本国立丰桥技术科学大学机械构造系统工学系

为了解环境压强对热喷涂熔滴沉积行为及涂层性能的影响机理,采用低压等离子喷涂装置在不同压强下向不锈钢SUS304基体上喷涂Ni粉末,在基体上收集一定数量的熔滴沉积物及涂层。采用光学显微镜、扫描电镜与聚焦离子束技术等对单个熔滴沉积... 详细信息

为了解环境压强对热喷涂熔滴沉积行为及涂层性能的影响机理,采用低压等离子喷涂装置在不同压强下向不锈钢SUS304基体上喷涂Ni粉末,在基体上收集一定数量的熔滴沉积物及涂层。采用光学显微镜、扫描电镜与聚焦离子束技术等对单个熔滴沉积物的形态进行观察分析,对不同压强下制备的涂层的微观组织、氧含量及结合强度等进行表征。对不同压强下基体表面吸附质的脱附/吸附、熔滴与基体间润湿能力、热传导及界面处的初期凝固等因素对熔滴在基体表面沉积行为的影响进行探讨。结果表明:单个熔滴的沉积形态由常压下的溅射状沉积到低压下的规则盘状沉积;不同压强下均可得到致密涂层,且涂层的结合强度随环境压强降低而逐渐增加,其变化趋势与单个熔滴沉积物形貌随压强变化趋势相吻合,可见熔滴的沉积行为对涂层的性能有着重要的影响。

关键词：热喷涂环境压强扁平沉积物涂层

常规超音速和低温超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层的断裂韧性

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硅酸盐学报 2014年第3期42卷 409-415页

作者：韩滔邓春明刘敏罗兵辉张小锋常发邝子奇中南大学材料科学与工程学院长沙410083 广州有色金属研究院广州510650

以5～15扯m的超细WC-10Co-4Cr粉末为材料，分别采用常规超音速火焰喷涂（HVOF）和低温超音速火焰喷涂（LT_HVOF）技术制备WC-10Co-4Cr涂层。借助于扫描电子显微镜、粗糙度测试仪、显微硬度仪和3D形貌仪对涂层的显微结构、粗糙度和显微... 详细信息

以5～15扯m的超细WC-10Co-4Cr粉末为材料，分别采用常规超音速火焰喷涂（HVOF）和低温超音速火焰喷涂（LT_HVOF）技术制备WC-10Co-4Cr涂层。借助于扫描电子显微镜、粗糙度测试仪、显微硬度仪和3D形貌仪对涂层的显微结构、粗糙度和显微硬度进行了表征。结果表明：LT-HVOF下WC-10Co-4Cr粒子为微熔化状态，HVOF下WC-10Co-4Cr粒子为半熔化状态；HVOF涂层的主晶相为W2C，LT-HVOF涂层的主晶相为WC；LT-HVOF涂层的粗糙度（兄约为1．22μm）远低于HVOF涂层的，而显微硬度[Hv0．3=1316±85]和断裂韧性（Kc=3．23MPa·m1/2）均高于HVOF涂层的。HVOF涂层的裂纹沿富cr带扩展，LT-HVOF涂层的裂纹扩展到WC硬质相时偏转至CoCr黏结相，富cr带的存在对涂层的韧性有明显降低作用。

关键词：碳化钨钴铬超音速火焰喷涂低温超音速火焰喷涂断裂韧性

非标准齿形超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr层的均匀性分析

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材料保护 2013年第8期46卷 24-27页

作者：毛杰林秋生邓春明邓畅光邝子奇广州有色金属研究院广东广州510651

异形面或非常复杂的曲面上的涂层的均匀性对其性能和使用寿命影响很大,而目前此类研究非常少。采用超音速火焰喷涂(HVOF)技术在6061铝非标准齿形件表面制备了WC-10Co4Cr涂层,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、光学显微镜和显微硬... 详细信息

异形面或非常复杂的曲面上的涂层的均匀性对其性能和使用寿命影响很大,而目前此类研究非常少。采用超音速火焰喷涂(HVOF)技术在6061铝非标准齿形件表面制备了WC-10Co4Cr涂层,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、光学显微镜和显微硬度计测试分析了涂层的微观组织、厚度分布和硬度分布,并探讨了齿形参数对涂层均匀性的影响。结果表明:所得涂层致密,与基体之间结合良好,但厚度和硬度分布不均匀;齿槽底涂层厚度偏大,硬度最低,齿顶位置涂层硬度最高,啮合面涂层硬度介于二者之间;全齿高h对齿槽底和齿顶处涂层的厚度和硬度均匀性影响不大,但h增大会导致啮合面涂层沉积厚度大幅降低,硬度略微降低;根据提出的简化齿形喷涂参数可以预测热喷涂齿形工件获得均匀涂层的可能性。

关键词：非标准齿形超音速火焰喷涂 WC-10Co4Cr涂层 6061铝厚度显微硬度均匀性