高温功能涂层

2022(1):1-18.

[摘要](98) [HTML](35) [PDF 5.56 M](371)

摘要:
热障涂层可在航机/燃机热端部件表面起到隔热、保护基体的作用，在服役过程中除隔热性能外，服役寿命也是评价热障涂层性能的一个重要特征，影响热障涂层寿命的因素多且复杂．论文综述了导致热障涂层失效、影响涂层寿命的主要因素，包括粘结层表面热生长氧化物生长、陶瓷层高温热暴露后相变和烧结等，并进一步介绍了提高热障涂层寿命的涂层设计研究进展.从粘结层抗氧化、抗烧结陶瓷层、柱状结构陶瓷层、双陶瓷层四个方面，介绍了基于结构设计提高热障涂层寿命的方法．采用粘结层预氧化处理的方法提高粘结层的抗氧化性能，通过等隔热功能层级结构设计双陶瓷层结构涂层实现长寿命减厚设计，均有效地提高涂层的热循环寿命．

2 使役环境涡轮叶片EB-PVD热障涂层失效机制

邓畅光，张小锋，邓春明，毛杰，况敏

2022(1):19-28.

[摘要](40) [HTML](36) [PDF 5.90 M](374)

摘要:
运用场发射扫描电镜、能量色散光谱仪和金相显微镜等测试表征手段，详细检查退役高温发动机涡轮叶片表面涂层残存状况，发现带气膜孔的高温发动机涡轮叶片经服役2000 h后，表面各部位EB-PVD涂层承受CMAS攻击、硬质物撞击和冷热应力冲击程度各异，导致退役叶片表面共存多种损伤．通过对这些损伤现象的分析，了解使役环境下叶片各部位的失效模式和失效机理．研究结果表明：叶棱为受CMAS攻击最严重处，同时也是受硬质点撞击最密集处，存在大面积涂层脱落；气膜孔周围的TBCs涂层受CMAS攻击发生本质性固化，受交变热应力和机械应力共同作用而呈规律性脱落；叶棱周围气膜孔表面（无论是叶背或是叶盆）均存在硬质物碾压划过叶片表面而压实CMAS，引起表面TBCs脱落的现象，同时在气膜孔内发现飞落的TBCs柱和CMAS块，从侧面反应对叶片表面造成实质性伤害的硬质物可能为脱落的TBCs柱或固化的CMAS块．

3 喷枪阳极结构对等离子射流及粒子行为的影响

文魁，刘学璋，邵祉谏，刘太楷，宋琛，毛杰，范秀娟，王先彬，邓春明，郭伟科，刘敏

2022(1):29-39.

[摘要](44) [HTML](21) [PDF 3.56 M](323)

摘要:
喷枪阳极是等离子喷涂系统中的关键部件之一，其通过电弧的运动行为直接影响等离子射流流动及粒子的加热加速历程，最终决定了涂层的综合性能．为了深入理解大气条件下锥形Laval和标准圆柱形阳极喷嘴制备涂层性能之间存在较大差异的原因，在前期制备涂层工作的基础上继续开展相关的数值模拟工作．基于计算流体动力学理论针对等离子喷涂过程建立包括喷枪内外区域的数学物理模型，系统探究两种阳极产生等离子电弧、射流特征及喷涂粒子的飞行行为．结果表明：在相同的喷涂条件下，锥形Laval阳极内产生的等离子电弧电压低、消耗电功率小，大电流密度区和等离子速度明显较标准圆柱形阳极的小；在喷嘴出口处，标准圆柱形阳极具有更高的等离子射流温度和速度，但锥形Laval阳极的等离子射流在喷枪外具有较小的衰减速率和较大的空间尺寸；在相同喷距位置，锥形Laval阳极的喷涂粒子速度要比标准圆柱形的小得多，但相应的升温和降温速率却更大，熔化也更充分．因此，标准圆柱形阳极适合制备致密且结合强度高的涂层，而锥形Laval阳极则更适合用于制备高沉积效率的多孔涂层.

4 热喷涂制备Cr涂层提高锆合金包壳耐事故性的研究

李青，宋鹏，黎振华，张瑞谦，王昱，杜沛南

2022(1):40-47.

[摘要](32) [HTML](25) [PDF 3.91 M](286)

摘要:
采用热喷涂工艺大气等离子喷涂（APS）在Zr-4包壳管上成功制备了Cr涂层，目的是为核反应堆燃料组件两端焊接区域进行涂层的喷涂修复，以及完成焊接区的涂层包覆并与PVD涂层区域无缝连接，实现外表面抗氧化耐磨涂层全包覆．将Cr涂层在高达1200 ℃事故高温蒸汽和空气环境中氧化，采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线能谱（EDS）和电子探针（EPMA）等多种分析技术，对其氧化前后进行了显微组织定性和定量分析．结果表明：Cr粉和喷涂态Cr涂层均为BCC相，喷涂态Cr涂层为典型的层状结构，涂层与基体的界面为机械咬合界面；在空气和流动蒸汽中进行高达1200 ℃的高温暴露后，均在Cr涂层表面形成致密的Cr₂O₃层，以及Zr-4基体与Cr涂层之间的相互扩散形成的Cr-Zr层；在高温水蒸气氧化后的Cr涂层试样，在其致密的氧化层上有高密度的针状和叶片形貌的晶须氧化物，但是在空气中未发现晶须状Cr₂O₃．氧化试验表明，Cr涂层能有效提高Zr-4包壳管在高温空气和水蒸气中的抗氧化性．

5 热障涂层后处理技术研究进展

李灿锋，张盼盼，姚建华，张群莉，Volodymyr Kovalenko

2022(1):48-56.

[摘要](69) [HTML](28) [PDF 2.69 M](233)

摘要:
热障涂层是一种降低航空发动机热端部件表面温度、提高发动机推力和效率的热防护技术，但其服役于高温、高压、高交变应力等恶劣环境而易脱落失效．对热障涂层的后处理技术进行了阐述，论述了真空热处理、热等静压处理、激光重熔、激光上釉、激光熔覆等后处理技术的方法和原理，并对比了不同工艺的优缺点．最后，展望了激光表面改性技术的应用前景和未来发展趋势．

6 高温红外隐身涂层材料研究进展

刘鹏，殷举航，罗雄光，谭僖，姜林文，张小锋

2022(1):57-67.

[摘要](137) [HTML](17) [PDF 1.95 M](495)

摘要:
随着现代飞行器速度的不断提高，其热端部件的服役温度越来越高，红外辐射能量也不断增强，从而增加了飞行器在飞行过程中被红外侦测和识别的风险，如何提高飞行器在高温环境下的红外隐身能力成为了军事领域的热点问题之一．目标的红外辐射强度由目标表面的温度和目标表面的发射率决定，所以利用低红外发射率涂层涂覆在飞行器表面，从而降低目标表面的红外发射率，是提高飞行器红外隐身性能的一种便捷、有效的方法．然而，飞行器服役环境通常较为恶劣，为满足其日趋严苛的工程应用需求，需研制出具有更高耐温及耐腐蚀性能的红外隐身涂层．综述了目前几大热门的红外隐身涂层材料和涂层的工艺发展情况，并对涂层性能优化方面进行了阐述，展望了红外隐身涂层材料未来的发展趋势．