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热障涂层无损检测技术研究进展

中国表面工程 2019年第2期32卷 16-26页

作者：李建超何箐吕玉芬梁立康中国农业机械化科学研究院表面工程技术研究所

为提高发动机的涡轮前温度和热端部件服役寿命,热障涂层(TBCs)被广泛应用于燃气涡轮发动机。热障涂层具有多相、多界面和非均质特性,且其服役工况恶劣复杂。寻找一种可以表征涂层显微组织、缺陷、热物性、应力等反映涂层质量和剩余寿命... 详细信息

为提高发动机的涡轮前温度和热端部件服役寿命,热障涂层(TBCs)被广泛应用于燃气涡轮发动机。热障涂层具有多相、多界面和非均质特性,且其服役工况恶劣复杂。寻找一种可以表征涂层显微组织、缺陷、热物性、应力等反映涂层质量和剩余寿命的无损检测方法,对发动机的热端部件安全性和可靠性至关重要。文中综述了超声检测技术(UT)、声发射技术(AE)、红外热成像技术(IRT)、阻抗谱技术(IS)和光激发荧光压电光谱技术(PLPS)的原理以及其在热障涂层无损检测中的研究应用,并详细介绍了太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术及其在热障涂层中的应用。最后总结了上述无损检测方法的检测能力,并对热障涂层无损检测方法进行展望。

关键词：热障涂层无损检测超声检测声发射红外热成像阻抗谱光激发荧光压电光谱太赫兹时域光谱

基于磁过滤技术的热障涂层表面Al_(2)O_(3)覆盖层抗CMAS腐蚀性能

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稀有金属材料与工程 2022年第11期51卷 3981-3988页

作者：刘涛何箐李丹中国农业机械化科学研究院表面工程技术研究所北京100083 北京金轮坤天特种机械有限公司北京100080

为了提高热障涂层(TBC)的抗沉积物(主要成分为CaO、MgO、Al_(2)O_(3)和SiO_(2),简称CMAS)腐蚀性能,采用磁过滤阴极真空电弧(FCVA)技术在TBC表面上制备了致密的Al_(2)O_(3)覆盖层,比较和分析了Al_(2)O_(3)改性TBC和沉积态TBC的润湿行为和... 详细信息

为了提高热障涂层(TBC)的抗沉积物(主要成分为CaO、MgO、Al_(2)O_(3)和SiO_(2),简称CMAS)腐蚀性能,采用磁过滤阴极真空电弧(FCVA)技术在TBC表面上制备了致密的Al_(2)O_(3)覆盖层,比较和分析了Al_(2)O_(3)改性TBC和沉积态TBC的润湿行为和抗CMAS腐蚀性能。结果表明:使用FCVA技术制备Al_(2)O_(3)覆盖层的过程对7%(质量分数)氧化钇稳定的氧化锆(7YSZ)相的结构无明显影响,且经Al_(2)O_(3)改性的TBC综合性能均优于沉积态TBC。在1250℃、CMAS腐蚀条件下,Al_(2)O_(3)覆盖层有效地限制了熔融CMAS在TBC表面上的扩散行为。同时,Al_(2)O_(3)填充了7YSZ柱状晶之间的间隔并且阻碍了熔融CMAS的渗透,证明了FCVA可作为一种制备Al_(2)O_(3)涂层的新方法以提高TBC的抗CMAS腐蚀性能,且Al_(2)O_(3)涂层及其制备过程对TBC的热震性能均无消极影响。

关键词：磁过滤真空电弧 Al_(2)O_(3)覆盖层氧化钇稳定的氧化锆 CMAS

不同结构8YSZ热障涂层对CMAS沉积物的防护作用

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中国表面工程 2016年第4期29卷 86-95页

作者：何箐汪瑞军邹晗由晓明王伟平中国农业机械化科学研究院表面工程技术研究所北京100083

利用常规等离子喷涂和高能等离子喷涂工艺分别制备了不同结构的8YSZ热障涂层，研究了不同结构涂层在高温退火（1250℃，2h）和燃气热冲击条件（1200℃／900℃）下对CMAS沉积物防护作用。结果表明：提高8YSZ涂层致密度和在其表面制备致... 详细信息

利用常规等离子喷涂和高能等离子喷涂工艺分别制备了不同结构的8YSZ热障涂层，研究了不同结构涂层在高温退火（1250℃，2h）和燃气热冲击条件（1200℃／900℃）下对CMAS沉积物防护作用。结果表明：提高8YSZ涂层致密度和在其表面制备致密氧化铝封阻层可延缓CMAS沉积物渗入和反应，并提高涂层在CMAS耦合条件下燃气热冲击寿命，在孔隙率12．9％的8YSZ涂层表面制备厚度10～20gm致密氧化铝层，热冲击寿命提高4．4倍。8YSZ涂层致密度提高或表面致密氧化铝薄层制备，可进一步降低涂层表面粗糙度，同时燃气热冲击条件下氧化铝层自身逐层剥离的失效形式，均能减缓CMAS的粘附；1250℃下氧化铝层会溶解进入CMAS提高局部Al含量，从而使CMAS中局部低熔点相向高熔点钙长石相转变，会进一步提高界面稳定性。

关键词： CMAS沉积物热障涂层氧化铝封阻层防护作用

一种新型CMAS耦合条件下热障涂层热循环实验方法

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材料工程 2014年第12期42卷 92-98页

作者：何箐吴鹏屈轶汪瑞军王伟平中国农业机械化科学研究院表面工程技术研究所北京100083

提出一种高温度梯度、燃气加热和CMAS(CaO-MgO-Al2O3-SiO2)沉积条件下热障涂层热循环实验方法,并对1200℃下CMAS沉积物对等离子喷涂热障涂层过早失效的影响因素进行讨论和分析。结果表明:无CMAS耦合条件下,热障涂层热循环寿命为573次;C... 详细信息

提出一种高温度梯度、燃气加热和CMAS(CaO-MgO-Al2O3-SiO2)沉积条件下热障涂层热循环实验方法,并对1200℃下CMAS沉积物对等离子喷涂热障涂层过早失效的影响因素进行讨论和分析。结果表明:无CMAS耦合条件下,热障涂层热循环寿命为573次;CMAS耦合条件下,热障涂层热循环寿命降低至70次。CMAS渗入会导致陶瓷层表层产生致密层和横向微裂纹增多。CMAS耦合条件下,热障涂层的失效以陶瓷层逐层剥离为主。

关键词： CMAS沉积物热循环高温度梯度热障涂层失效

DZ40M合金表面纳米和垂直裂纹结构热障涂层的抗燃气热腐蚀性能

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材料工程 2014年第5期42卷 66-72,90页

作者：何箐屈轶汪瑞军王伟平中国农业机械化科学研究院表面工程技术研究所北京100083

采用超音速火焰喷涂技术在定向凝固DZ40M钴基高温合金表面喷涂NiCrAlY金属粘接层,以纳米7YSZ团聚粉末为原料,分别利用大气等离子喷涂技术在粘接层表面制备了纳米结构和垂直裂纹结构7YSZ涂层,研究了高温合金基体和带涂层的基体在900℃下... 详细信息

采用超音速火焰喷涂技术在定向凝固DZ40M钴基高温合金表面喷涂NiCrAlY金属粘接层,以纳米7YSZ团聚粉末为原料,分别利用大气等离子喷涂技术在粘接层表面制备了纳米结构和垂直裂纹结构7YSZ涂层,研究了高温合金基体和带涂层的基体在900℃下的燃气热腐蚀性能,分析了合金和涂层的燃气热腐蚀产物和过程。结果表明:两种结构热障涂层均大幅度提高了DZ40M合金的抗燃气热腐蚀性能,可避免基体在高温燃气热腐蚀中产生大量易剥离的腐蚀产物和氧化腐蚀孔洞;两种结构涂层在燃气热腐蚀后仍然保持完整并具有相近的燃气热腐蚀速率,垂直裂纹结构涂层中垂直于基体的贯穿裂纹在提高涂层应变容限的同时,并不会成为腐蚀介质快速渗入的通道。

关键词： DZ40M高温合金热障涂层垂直裂纹燃气热腐蚀

涡轮叶片冷却气膜孔及涂层缺陷检测技术研究进展

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航空制造技术 2022年第13期65卷 92-104页

作者：夏凯龙葛超王秋童何箐中国农业机械化科学研究院表面工程技术研究所北京100083 北京金轮坤天特种机械有限公司北京100083

为满足现代燃气涡轮发动机长寿命、高可靠性的需求,高性能涡轮叶片呈现出气膜冷却结构和热障涂层热防护一体化设计与制造的发展趋势。然而气膜孔制备过程产生的显微组织缺陷和涂层涂覆过程导致的尺寸偏差会影响气膜结构及其冷却效率,先... 详细信息

为满足现代燃气涡轮发动机长寿命、高可靠性的需求,高性能涡轮叶片呈现出气膜冷却结构和热障涂层热防护一体化设计与制造的发展趋势。然而气膜孔制备过程产生的显微组织缺陷和涂层涂覆过程导致的尺寸偏差会影响气膜结构及其冷却效率,先涂层后飞秒激光制孔也会引起涂层局部烧结甚至开裂。叶片服役过程中,受到温度梯度和边缘效应的影响,孔边涂层更易产生应力集中进而导致裂纹的萌生扩展,成为失效的薄弱环节。目前,包括塞规法、流量法和微小探针法等传统测量手段均无法有效评估气膜孔尺寸参数、形状特征和加工缺陷。在各类用于叶片及其涂层质量评价的无损检测方法中,主动红外热成像法具有快捷、多功能和有效质量控制等优势。基于上述研究背景,本文综述了快速、高精度的气膜孔参数测量和孔边合金及涂层缺陷的评估方法,论述了燃气涡轮发动机涡轮叶片常见气冷结构及其制备工艺的发展,详细列举了主动式红外热成像技术用于气膜孔质量评价的研究进展,同时总结了现有技术的不足和发展方向,对提升涡轮叶片冷却结构和气膜孔加工质量控制水平具有重要意义。

关键词：涡轮叶片热障涂层冷却气膜孔无损检测红外热成像

送粉位置对等离子喷涂YSZ粒子熔化状态的影响

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中国表面工程 2014年第2期27卷 6-12页

作者：王秋童冉健乔新义汪瑞军中国农业机械化科学研究院表面工程技术研究所北京100083

研究了等离子喷枪采用3个送粉位置时距离喷嘴90mm处YSZ粒子的熔化状态(包括粒子温度及速度、粒子粒度分布、粒子撞击基体后的扁平形貌),其中送粉位置1和2为枪外送粉,送粉孔轴线距离喷嘴端面分别为9mm和3.5mm,送粉位置3为枪内送粉,送粉... 详细信息

研究了等离子喷枪采用3个送粉位置时距离喷嘴90mm处YSZ粒子的熔化状态(包括粒子温度及速度、粒子粒度分布、粒子撞击基体后的扁平形貌),其中送粉位置1和2为枪外送粉,送粉孔轴线距离喷嘴端面分别为9mm和3.5mm,送粉位置3为枪内送粉,送粉孔轴线距离喷嘴端面5mm。结果表明,送粉位置沿等离子射流逆流方向移动时(分别对应送粉位置1、2和3),粒子熔化效果明显增强,粒子扁平化程度提高;涂层中未熔颗粒和孔隙百分比由33.25%减小至10.13%,涂层结合强度由16.25MPa增加至37.25MPa,涂层表面剥落20%时经历的热震次数由35次增加至130次;采用送粉位置3时,喷涂功率33.60kW,低于其他送粉位置的电弧功率(46.75kW),实现了低功率制备高性能YSZ涂层。

关键词：等离子喷涂送粉位置氧化钇稳定氧化锆(YSZ) 熔化状态

模拟服役环境下热障涂层损伤趋势的红外原位检测技术

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中国表面工程 2013年第4期26卷 19-26页

作者：何箐吴鹏汪瑞军王伟平中国农业机械化科学研究院表面工程技术研究所北京100083

热障涂层会显著提高航空发动机和燃气轮机的运行温度和热效率,其服役工况复杂,一旦失效后会严重影响热端部件的服役性能,甚至引发事故,因而对热障涂层内部损伤进行无损检测是十分必要的。文中利用红外热成像技术,在燃气加热、高温度梯... 详细信息

热障涂层会显著提高航空发动机和燃气轮机的运行温度和热效率,其服役工况复杂,一旦失效后会严重影响热端部件的服役性能,甚至引发事故,因而对热障涂层内部损伤进行无损检测是十分必要的。文中利用红外热成像技术,在燃气加热、高温度梯度和冷热交替循环的模拟服役环境下对多组热障涂层的损伤趋势进行了原位检测,提出了利用红热辐射差异水平参数ΔTR表征了热障涂层内部缺陷的扩展趋势的方法。涂层内部缺陷的寿命周期可分为稳定阶段(80%～90%热循环寿命),在热异常扩展阶段可预判失效区域和剩余寿命,而加速失稳阶段可确定缺陷区域即将剥离失效。

关键词：红外热成像热障涂层热循环原位检测失效预判

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不同结构等离子喷涂热障涂层的性能研究

表面技术 2013年第1期42卷 21-24,28页

作者：王世兴袁涛詹华汪瑞军王伟平中国农业机械化科学研究院表面工程技术研究所北京100083

通过等离子喷涂,制备了常规层状结构、垂直裂纹结构的氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ)和铈酸镧(LCO)热障涂层,分析了涂层的微观形貌及性能。结果表明:对于YSZ涂层,垂直裂纹结构的结合强度是层状结构的1.8倍;LCO涂层的微观结构对喷涂工艺比较... 详细信息

通过等离子喷涂,制备了常规层状结构、垂直裂纹结构的氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ)和铈酸镧(LCO)热障涂层,分析了涂层的微观形貌及性能。结果表明:对于YSZ涂层,垂直裂纹结构的结合强度是层状结构的1.8倍;LCO涂层的微观结构对喷涂工艺比较敏感,适当降低喷涂功率有助于提高扁平化粒子间的结合,缓解涂层中横向裂纹的产生,促进垂直裂纹形成;与层状结构的LCO/YSZ双层涂层相比,垂直裂纹结构的LCO/YSZ双层涂层的结合强度和抗热震性能未明显提高。

关键词：热障涂层等离子喷涂 LCO YSZ 垂直裂纹