摘要：TiAl合金具有低密度、高比强度的优异性能,是一种潜在的航空发动机用结构材料。TiAl合金的服役温度范围为700~900℃,在其表面制备高温热防护涂层可以进一步提高服役温度。本研究采用等离子喷涂技术在TiAl合金表面制备了新型TiAlCrY/YSZ涂层,并与传统的NiCrAlY/YSZ热障涂层进行高温长时间服役性能对比研究。结果发现,TiAlCrY/YSZ涂层在1100℃空气环境中服役300 h保持完好,表现出良好的高温性能,而NiCrAlY/YSZ涂层在1100℃的服役寿命不足100 h。显微分析结果表明,TiAlCrY黏结层表面会形成一层连续且致密的TGO,其主要成分为Al2O3,与YSZ涂层的界面兼容性良好。并且TGO在1100℃空气环境中服役300 h后,厚度仍<8μm。以上研究表明,与传统NiCrAlY/YSZ热障涂层相比,TiAlCrY/YSZ更适合作为TiAl合金表面的高温热防护涂层。

摘要：针对高性能激光防护涂层的开发问题,根据聚碳硅烷(PCS)裂解时会消耗大量激光能量,并产生高温陶瓷保护相的特点,本研究创新性地提出在传统氧化钇稳定氧化锆(YSZ)隔热涂层表面再复合PCS烧蚀型涂层的防护思路,采用料浆法结合大气等离子喷涂技术(APS)在Ni基合金表面分别制备了NiCrAlY/YSZ/PCS-TiO_(2)(YPT)和NiCrAlY/YSZ/PCS-Y_(2)O_(3)(YPY)涂层。在研究TiO_(2)和Y2O3添加相对PCS裂解行为影响的基础上,系统研究了YPT和YPY复合涂层对10.6μm CO_(2)激光器的抗激光烧蚀性能,并与单层YSZ涂层进行比较。结果表明,YPY和YPT复合涂层比传统YSZ涂层的激光防护效果更好,这是因为在激光烧蚀初期,涂层表面的PCS裂解会消耗激光能量,且烧蚀后残余的Y_(2)SiO_(5)、SiC和SiO_(2)相会沉积在YSZ涂层上,形成致密的保护层,继续对YSZ涂层进行激光防护。YPY比YPT涂层激光防护性能更好,这是因为Y_(2)O_(3)具有高热导率和低热膨胀系数,YPY涂层产生的温度梯度更小,从而缓解热应力,且Y_(2)O_(3)参与PCS的裂解生成了Y_(2)SiO_(5)相,比TiO_(2)更能抑制PCS裂解引起的体积膨胀。此外YPY涂层中心烧蚀温度更高,生成PCS裂解产物SiC和SiO_(2)相的速度更快,能及时保护下方涂层,表现出更好的抗激光烧蚀性能。该研究有望为新型抗激光复合涂层的设计提供研究思路。

摘要：在C/C复合材料表面采用等离子喷涂ZrB_2基陶瓷涂层是提高复合材料抗氧化性能的理想途径。为有效防止热裂纹的产生、设计性能更优的材料,基于数值模拟,通过合理的模型,采用间接顺序热结构耦合,可预测涂层在沉积过程中由于热失配引起的宏观残余应力的大小和分布。结果表明,径向应力是残余应力的主要表现形式;较厚的粘结层能够有效缓解材料的热物性差异;涂层的厚度为0. 5 mm时能够保证涂层表面不会因为受压而开裂的情况下在界面处的残余应力较小;涂层体系的材质倾向于导热系数较高、热膨胀系数较低的ZrB_2-30%SiC(体积分数)材料,以保证涂层在边缘不会有太大的拉应力而产生翘曲。

摘要：目的以C/C复合材料为基体,设计ZrB_2-SiC功能梯度材料。方法利用Ansys软件对等离子喷涂ZrB_2-SiC功能梯度涂层在沉积过程中产生的残余应力进行数值模拟,分析成分分布指数p和梯度层厚度t对梯度涂层残余应力的影响;并通过基于悬臂梁理论的热应力解析,计算与基体接触的涂层在涂层与基体厚度比λ不同时的残余应力值。结果模拟分析结果表明,在涂层与基体的界面,梯度层的厚度对轴向压应力影响不大,径向压应力和切向应力均随厚度的增加而增大,在边缘区域应力集中较为严重,易产生层间破坏;纯ZrB_2层为表面层,其应力主要为径向压应力,且沿径向逐渐减小至0,到边缘处又突变为拉应力,并随p的增大而减小。对比解析法分析可得两者计算的与基体接触的涂层内部的残余应力随λ的增大都是逐渐降低的,这符合涂层内部的应力分布原理。根据优化设计,获得功能梯度材料在各梯度层厚度d为0.1~0.2 mm,成分梯度指数为4时的热应力变化缓和效果较好。结论基于悬臂梁理论的解析解可以很好地评估热应力,并验证了该模拟的正确性。