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DD5单晶叶片用热障涂层高温防护性能研究

热能动力工程 2024年第1期39卷 198-204页

作者：董志宏张超李洋鲍泽斌中国科学院金属研究所辽宁沈阳110016 中国船舶集团有限公司第七○三研究所黑龙江哈尔滨150078 船舶与海洋工程特种装备和动力系统国家工程研究中心黑龙江哈尔滨150078

为了提高燃气轮机热端部件的服役寿命,拓展热端部件的高温防护方法及应用,在某燃气轮机涡轮叶片用DD5镍基单晶高温合金表面制备了CoCrAlY+YSZ,(Ni,Pt)Al+YSZ和Zr改性(Ni,Pt)Al+YSZ 3种热障涂层,对比研究了这3种热障涂层的1100℃循环氧... 详细信息

为了提高燃气轮机热端部件的服役寿命,拓展热端部件的高温防护方法及应用,在某燃气轮机涡轮叶片用DD5镍基单晶高温合金表面制备了CoCrAlY+YSZ,(Ni,Pt)Al+YSZ和Zr改性(Ni,Pt)Al+YSZ 3种热障涂层,对比研究了这3种热障涂层的1100℃循环氧化行为和900℃混合盐热腐蚀行为。结果表明:CoCrAlY+YSZ涂层在循环氧化和热腐蚀过程中均发生严重的YSZ陶瓷面层剥落现象,而铝化物+YSZ涂层的陶瓷面层则完好或仅局部极少量剥落;(Ni,Pt)Al涂层经活性元素Zr改性后抗氧化和耐热腐蚀性能均进一步提高,表现为氧化和腐蚀增重降低,内氧化和内硫化现象明显减轻;(Ni,Pt)Al+YSZ涂层和Zr改性(Ni,Pt)Al+YSZ涂层对DD5镍基单晶高温合金叶片均有较好的适用性。

关键词： DD5 热障涂层铂铝涂层循环氧化热腐蚀

枪基距对悬浮液等离子喷涂YSZ组织结构的影响

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表面技术 2024年

作者：刘保侠张盟周绪强牛云松黄迪杨沁乾鲍泽斌朱圣龙北京科技大学新金属材料国家重点实验室中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心国家管网集团北方管道有限责任公司压缩机组维检修中心

目的：热喷涂技术和电子束物理气相沉积工艺二者制备的热障涂层，无法兼顾隔热性能和应变容限两方面特性，致使涂层的应用在一定程度上受到限制。三电极悬浮液等离子喷涂近年来因其能量高、可喷涂纳米粉末、且能够获得微孔洞结构的优点... 详细信息

目的：热喷涂技术和电子束物理气相沉积工艺二者制备的热障涂层，无法兼顾隔热性能和应变容限两方面特性，致使涂层的应用在一定程度上受到限制。三电极悬浮液等离子喷涂近年来因其能量高、可喷涂纳米粉末、且能够获得微孔洞结构的优点，受到研究人员的青睐。方法：本文在DZ411高温合金表面制备铂铝涂层后，配制纳米氧化钇稳定氧化锆悬浮液，采用AXIAL III型悬浮液等离子喷涂设备，高能喷涂8YSZ热障涂层，探索不同枪基距对热障涂层组织结构的影响规律。采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪，来分析YSZ沉积态和退火态陶瓷涂层的组织结构。结果：喷涂所得的YSZ热障涂层呈花菜状，涂层均为非平衡t’相微纳米组织结构。随着喷枪与基体之间的距离增加，所获涂层的结晶度较好，粗糙度逐渐提高，菜花状颗粒尺度逐渐增大，涂层内部孔洞数量逐渐增加。涂层在1100℃退火后，出现不同程度的剥落、界面剥离以及横纵向裂纹搭接的现象。仅枪基距为105毫米的YSZ涂层孔洞数量最多，且退火后并未出现明显的涂层剥离现象。结论：利用三电极等离子喷涂纳米YSZ悬浮液获得花菜状热障涂层，探讨了枪基距的不同对涂层组织结构的影响，涂层厚度的增加使得涂层结晶程度增加、孔隙高、裂纹少，且膜基界面的热稳定性好。

关键词：悬浮液等离子喷涂热障涂层花菜状枪基距

高能等离子喷涂垂直裂纹YSZ热障涂层工艺及结合性能研究

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耐火材料 2024年

作者：刘保侠张盟周绪强牛云松黄迪杨沁乾鲍泽斌朱圣龙中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心北京科技大学新金属材料国家重点实验室国家管网集团北方管道有限责任公司

热障涂层是飞机发动机中的核心技术之一，可提高发动机关键部件的使用寿命。氧化钇稳定氧化锆是目前使用最广泛且性能最稳定的热障涂层，但其在高温环境下发生的相变和烧结，加速涂层的失效。垂直裂纹结构的引入可提高了涂层的应变容限... 详细信息

热障涂层是飞机发动机中的核心技术之一，可提高发动机关键部件的使用寿命。氧化钇稳定氧化锆是目前使用最广泛且性能最稳定的热障涂层，但其在高温环境下发生的相变和烧结，加速涂层的失效。垂直裂纹结构的引入可提高了涂层的应变容限，降低涂层中累积的热应力，从而延长其使用寿命。通过高能等离子喷涂设备，HS188合金为基体，NiCrAlY粉(打底层，d50=106 μm)和氧化钇稳定的氧化锆粉(YSZ，d50=50 μm)为喷涂料，探索了YSZ热障涂层工艺。采用递进式的探索方法，通过调整枪基距(85、95、105和115 mm)和风冷方式(后风冷、后风冷+枪冷、前风冷、前风冷+枪冷)来控制涂层的组织结构，采用拉拔法评价了MCrAlY+YSZ涂层的结合强度。结果表明：在枪基距较远以及冷却速率较低的情况下，因试样表面瞬热温度较低和激冷不足，涂层难以形成垂直裂纹结构。然而，在瞬热温度达到要求，风冷速率过度的情况下，会出现喷涂颗粒未熔的现象。当枪基距为85 mm，风冷方式为前置风冷时，在HS188合金上获得了垂直裂纹形貌的热障陶瓷涂层，同时涂层的结合强度最高，韧性也最好。

关键词：高能等离子喷涂热障涂层 NiCrAlY 氧化锆风冷枪基距

空心阴极放电复合稀土氧化物对Ti6Al4V合金离子渗氮组织及性能的影响

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表面技术 2024年第5期53卷 78-84,107页

作者：陈赛男董志宏鲍泽斌中国科学院金属研究所沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院合肥230026

目的改善Ti6Al4V合金的耐磨和耐蚀性能,探究辅助渗氮手段的引入对Ti6Al4V合金离子渗氮组织和性能的影响。方法利用空心阴极放电(Hollow Cathode Discharge,HCD)及稀土氧化物(Y_(2)O_(3)纳米颗粒)辅助在720℃对Ti6Al4V合金进行4 h离子渗... 详细信息

目的改善Ti6Al4V合金的耐磨和耐蚀性能,探究辅助渗氮手段的引入对Ti6Al4V合金离子渗氮组织和性能的影响。方法利用空心阴极放电(Hollow Cathode Discharge,HCD)及稀土氧化物(Y_(2)O_(3)纳米颗粒)辅助在720℃对Ti6Al4V合金进行4 h离子渗氮处理。通过光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度测试仪、往复式摩擦磨损实验仪以及电化学工作站,对比研究常规离子渗氮、HCD辅助离子渗氮以及HCD复合稀土氧化物辅助离子渗氮3种条件下Ti6Al4V合金的渗氮组织和性能。结果HCD复合稀土氧化物辅助离子渗氮条件下,Ti6Al4V合金表面生成约126μm厚的渗氮层,分别是常规离子渗氮条件和HCD辅助离子渗氮条件的3.1、2.4倍。化合物层中,TiN含量显著增加,渗氮层表面硬度达到1067.9HV0.05。渗氮层整体硬度明显提高,且硬度梯度降低。Ti6Al4V合金的摩擦系数从常规离子渗氮时的0.4降至0.2。同时,TiN含量的提高,使Ti6Al4V合金在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电流降低,极化电阻增大,耐蚀性能得到改善。结论HCD复合Y_(2)O_(3)辅助可显著提高氮势,促进氮向Ti6Al4V合金内快速扩散,提高合金的硬度,改善合金的耐磨性能和耐蚀性能。

关键词：离子渗氮空心阴极放电稀土氧化物 Ti6Al4V 摩擦磨损渗氮层

高能等离子喷涂垂直裂纹氧化锆热障涂层工艺及结合性能研究

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耐火材料 2024年第4期58卷 284-289页

作者：刘保侠张盟周绪强牛云松黄迪杨沁乾鲍泽斌朱圣龙国家管网集团北方管道有限责任公司河北廊坊065000 北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083 中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心辽宁沈阳110016

为延长氧化钇稳定氧化锆热障涂层的使用寿命,通过高能等离子喷涂设备,以HS188合金为基体,NiCrAlY粉(打底层,d_(50)=106μm)和氧化钇稳定的氧化锆粉(YSZ,d_(50)=50μm)为喷涂料,采用递进式的探索方法,通过调整枪基距(85、95、105和115 mm... 详细信息

为延长氧化钇稳定氧化锆热障涂层的使用寿命,通过高能等离子喷涂设备,以HS188合金为基体,NiCrAlY粉(打底层,d_(50)=106μm)和氧化钇稳定的氧化锆粉(YSZ,d_(50)=50μm)为喷涂料,采用递进式的探索方法,通过调整枪基距(85、95、105和115 mm)和冷却方式(后风冷、后风冷+枪冷、前风冷、前风冷+枪冷)来控制涂层的组织结构,并采用拉拔法评价NiCrAlY+YSZ涂层的结合强度。结果表明:在枪基距较远以及冷却速率较低的情况下,因试样表面瞬热温度较低和激冷不足,涂层难以形成垂直裂纹结构。然而,在瞬热温度达到要求,风冷速率过度的情况下,会出现喷涂颗粒未熔的现象。当枪基距为85 mm,冷却方式为前风冷时,在HS188合金上获得了垂直裂纹形貌的热障陶瓷涂层,同时涂层的垂直裂纹密度适中,结合强度最高,韧性也最好。

关键词：高能等离子喷涂热障涂层 NiCrAlY 氧化锆风冷枪基距

四方相氧化钇稳定氧化锆热障涂层的热循环和热冲击性能及其失效机理

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材料研究学报 2023年

作者：黄迪牛云松李帅董志宏鲍泽斌朱圣龙北京科技大学新金属材料国家重点实验室中国科学技术大学材料科学与工程学院中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新研究中心

以四方相YSZ粉末为原料用悬浮液等离子喷涂技术制备具有类柱状结构的陶瓷层，研究了其在1100℃热循环和1300℃热冲击的失效行为。结果表明，这种陶瓷层具有优异的抗热循环和抗热冲击性能，且始终保持四方相。这种涂层在热循环和热冲击... 详细信息

以四方相YSZ粉末为原料用悬浮液等离子喷涂技术制备具有类柱状结构的陶瓷层，研究了其在1100℃热循环和1300℃热冲击的失效行为。结果表明，这种陶瓷层具有优异的抗热循环和抗热冲击性能，且始终保持四方相。这种涂层在热循环和热冲击中的失效机理不同：在热循环过程中，陶瓷层与热生长氧化物之间热膨胀系数不匹配使两者剥离；而在热冲击产生的冷热循环中陶瓷层中的柱间间隙演变为贯穿裂纹并成为热通道，使粘结层严重氧化和热障涂层失效。

关键词：材料表面与界面悬浮液等离子喷涂热障涂层热循环热冲击失效机理

不同铝合金基体黑色微弧氧化膜的厚度对其结构和性能的影响

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中国表面工程 2023年第6期36卷 163-177页

作者：刘磊李来时吴玉胜王昱征张伟鲍泽斌乔自平沈阳工业大学材料科学与工程学院沈阳110020 中国科学院金属研究所师昌绪创新材料中心沈阳110016 广东省科学院新材料研究所现代表面工程技术重点实验室广州510700 中国兵器工业第208研究所瞬态冲击技术重点实验室北京102200

铝合金广泛应用于各个领域,铝合金表面防腐技术前景十分广阔。采用恒流的方式分别在7075、7A04和2A12三种不同铝合金基体表面进行黑色微弧氧化膜层的制备。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度测试仪、摩擦磨损试验机和电化学试... 详细信息

铝合金广泛应用于各个领域,铝合金表面防腐技术前景十分广阔。采用恒流的方式分别在7075、7A04和2A12三种不同铝合金基体表面进行黑色微弧氧化膜层的制备。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度测试仪、摩擦磨损试验机和电化学试验研究不同铝合金基体表面黑色微弧氧化膜的微观组织、硬度、耐磨性和耐蚀性。随着膜层厚度的增加,膜层的致密度大幅提高,平均孔隙率降低至0.8%,膜层中α-Al_(2)O_(3)的比例增加,耐磨性显著提高,在黑色陶瓷颗粒的自润滑作用下,复合膜层的摩擦因数从0.6降至0.3,摩擦曲线的变化趋势更平稳。黑色膜层厚度从40μm提高到60μm,三种铝合金基体的黑色氧化膜层均明显提高,最高达到916 HV。电化学试验结果60μm黑色微弧氧化膜层的腐蚀电流密度比40μm的降低两个数量级,自腐蚀电位可提高200 mV,钝化性能增强,膜层耐蚀性显著提升。

关键词：铝合金微弧氧化耐蚀性耐磨性

化学镀Pt对多弧离子镀NiCoCrAlY涂层高温氧化行为的影响

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表面技术 2023年第3期52卷 228-236页

作者：闫吕英董志宏鲍泽斌中国科学院金属研究所沈阳110016 中国科学技术大学合肥230026

目的改善多弧离子镀NiCoCrAlY涂层的抗高温氧化性能,探究化学镀Pt对NiCoCrAlY涂层高温氧化行为的影响。方法采用多弧离子镀(M-AIP)技术在第二代镍基单晶高温合金上沉积NiCoCrAlY涂层,然后通过化学镀技术在其表面制备厚度约0.5μm的Pt镀... 详细信息

目的改善多弧离子镀NiCoCrAlY涂层的抗高温氧化性能,探究化学镀Pt对NiCoCrAlY涂层高温氧化行为的影响。方法采用多弧离子镀(M-AIP)技术在第二代镍基单晶高温合金上沉积NiCoCrAlY涂层,然后通过化学镀技术在其表面制备厚度约0.5μm的Pt镀层,经真空退火处理后获得Pt改性的NiCoCrAlY涂层。通过1050℃恒温氧化和循环氧化试验测试涂层的高温氧化性能,并利用扫描电子显微镜、X射线衍射以及电子探针等手段对涂层物相及元素分布进行分析。结果经化学镀Pt改性后,NiCoCrAlY涂层恒温氧化20 h的氧化增重由0.78 mg/cm^(2)减小至0.47 mg/cm^(2),氧化速率常数由6.32×10^(-12)g^(2)/(cm^(4)·s)降低为2.16×10^(-12)g^(2)/(cm^(4)·s);而循环氧化300次的氧化增重由1.52 mg/cm^(2)减小至1.05 mg/cm^(2),氧化速率常数由1.93×10^(-12)g^(2)/(cm^(4)·s)降低为9.86×10^(-13)g^(2)/(cm^(4)·s)。2种涂层在本试验氧化条件下生成的氧化膜均为α-Al_(2)O_(3),但NiCoCrAlY涂层生成的氧化膜更厚且起伏明显,同时在局部区域向涂层内生长,特别是循环氧化后期氧化膜还发生了局部剥落。化学镀Pt改性后,NiCoCrAlY涂层表面生成的氧化膜明显变薄,且致密、平坦,无开裂和剥落现象,同时氧化膜向涂层内的生长得到了有效抑制。结论化学镀Pt改性可进一步提高多弧离子镀NiCoCrAlY涂层的抗高温氧化性能。

关键词：化学镀Pt 高温氧化显微组织 NiCoCrAlY涂层 α-Al_(2)O_(3) 多弧离子镀

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冷喷涂纯铜涂层工艺优化设计及其性能研究

冷喷涂纯铜涂层工艺优化设计及其性能研究

作者：鲍泽斌辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

冷喷涂技术是近年发展起来的一门新兴的表面处理技术,本文通过该技术在纯铝基材上制备了纯铜涂层,并针对冷喷涂纯铜涂层的工艺参数进行了正交优化选择,并对以优化后工艺参数制备的涂层进行了相关性能检测。利用普通光镜、扫描电镜对涂... 详细信息

冷喷涂技术是近年发展起来的一门新兴的表面处理技术,本文通过该技术在纯铝基材上制备了纯铜涂层,并针对冷喷涂纯铜涂层的工艺参数进行了正交优化选择,并对以优化后工艺参数制备的涂层进行了相关性能检测。利用普通光镜、扫描电镜对涂层进行了显微结构观察和分析,利用X-ray衍射仪对纯铜粉末和喷涂后的纯铜涂层进行物相分析;力学性能检测分别在岛津电子拉伸试验机和FM-700型显微硬度仪上进行,导热性能检测在中科院金属研究所自制的微机运控热物性仪上进行,导电性能检测在中科院物理所超导实验室进行。结果表明,冷喷涂纯铜涂层结构致密,喷涂过程中无氧化现象发生,纯铜涂层结合强度达17.88MPa,显微硬度达160以上,其导热性能和导电性能约占纯铜块体材料的70%和77%。

关键词：冷喷涂, 纯铜涂层, 导热性, 导电性