郭双全
,
周张健
,
冯云彪
,
张小锋
,
葛昌纯
材料导报
在钢基体(EUROFER、F82H、CLAM、316L)上喷涂钨涂层已成为制备面向等离子体材料的一个重要方法.为了防止钨涂层与钢基体间由于材料热膨胀不匹配而开裂失效,采用热应力缓和型功能梯度涂层是一种行之有效的解决方案.利用有限元分析软件(ANSYS 10.0)分析了梯度涂层厚度对W/316L功能梯度涂层残余应力的影响.模拟结果表明,纯钨层厚度确定时,制备厚的梯度涂层可降低残余应力.当顶层厚度为1mm、梯度涂层厚度为100～200μm时,将产生较大的轴向应力,制备涂层时应当避免此厚度范围.此模拟结果可为该涂层设计和制备提供理论依据和指导.
关键词:
不锈钢
,
核聚变
,
功能梯度材料(FGM)
,
残余应力
,
数值模拟
张小锋
,
姚强
工程热物理学报
本文采用热力学平衡分析的方法,对两种吸附剂CaO和SiO2控制燃煤中铅的排放进行了计算.计算使用软件CHEMKIN.结果表明CaO对铅的化学吸附效果很差,而SiO2对铅的化学吸附效果较好.对煤中含有的硫、氯对吸附剂性能的影响也进行了评价,硫和氯会抑制SiO2对铅的吸附效果,但在1200～1300 K对铅的化学吸附效率仍在75%以上.讨论了不同硅铅比对于化学吸附效率的影响,对于实际中选择恰当的硅铅比有指导意义.
关键词:
铅
,
颗粒物
,
吸附剂
,
热力学平衡
,
CHEMKIN
张小锋
,
于磊
,
杨震晓
,
邓春明
材料工程
doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2014.05.005
采用等离子球化技术对不规则钨粉进行球化,以还原后的球形钨粉为原料于CuCrZr合金基体上在氮气保护下,用大气等离子喷涂制备聚变堆用厚钨梯度涂层.利用X射线衍射(XRD)对钨粉和涂层进行物相分析,采用扫描电镜(SEM)对钨粉和涂层微观形貌进行观察,使用O/N测量仪、激光热导仪和拉伸试验机分别对涂层氧含量、热导率和结合强度进行测量,用X射线光电子能谱(XPS)对钨涂层中钨元素的价态进行分析.结果表明:在氮气保护下,采用大气等离子喷涂成功制备了以Cu-Mo/Mo-W为过渡的约2mm厚钨涂层,其结合强度为15.2MPa.相对真空热处理而言,H2还原热处理能显著降低等离子球化钨粉和钨涂层的氧含量,H2处理后涂层中氧含量从0.93％(质量分数,下同)降至0.17％.在钨涂层制备过程中由于存在对流氧化和扩散氧化,导致涂层存在微量的氧化物,其中氧化物主要以WO2.72和WO3存在.
关键词:
钨粉
,
等离子球化
,
大气等离子喷涂
,
钨涂层
张小锋
,
周克崧
,
陈焕涛
,
韩滔
,
宋进兵
,
刘敏
稀有金属材料与工程
大气等离子喷涂ZrO2-7％Y2O3 (7YSZ,Y2O3为质量分数)热障涂层广泛用于航空发动机热端部件以提高金属基体的抗腐蚀、耐高温、抗冲蚀等性能.采用超音速火焰喷涂(HVOF)以NiCoCrAlYT粉为原料在高温合金K4169基体上制备了粘结层,通过大气等离子喷涂(APS)分别以团聚、空心7YSZ粉为原料在粘结层上制备了陶瓷面层.使用扫描电镜(SEM)和工业电子计算机X射线断层扫描技术(ICT)对团聚、空心粉热障涂层的微观结构进行观察分析,然后再对以上2种热障涂层的抗氧化、热震、结合、隔热等热物性能进行对比分析.研究结果表明:空心粉热障涂层陶瓷层中存在大量的微孔和裂纹;热障涂层陶瓷层中不同孔隙率对粘结层高温抗氧化性能没有明显的影响,但它有助于提高热障涂层的热震性能和隔热性能;此外,高的涂层孔隙率会导致空心粉热障涂层的结合强度低于团聚粉热障涂层.
关键词:
热障涂层
,
7YSZ
,
空心粉体
,
工业CT
张小锋
,
周克崧
,
张吉阜
,
韩滔
,
宋进兵
,
刘敏
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2014.13342
采用气体喷砂试验机研究了大气等离子喷涂(APS) ZrO2-7％Y2O3(7YSZ)热障涂层的冲蚀失效机理,分析了陶瓷层表面粗糙度对热障涂层冲蚀磨损率及失效行为的影响,研究了基于多孔层状的热障涂层在常温高速粒子90°攻角下的冲蚀失效特征,探讨了多孔层状结构对涂层冲蚀失效演变机制的作用,此外,建立了基于粗糙度的冲蚀失效数学模型.研究结果表明:冲蚀磨损率与陶瓷层表面粗糙度呈线性递增关系;涂层在高速粒子冲蚀下多孔层状结构加剧了涂层的冲蚀失效;涂层表面在粒子冲蚀下承受着非均匀、非连续的压-压脉动循环载荷,在微凸粗糙表面承载着正应力和切应力的相互作用;正应力迫使涂层出现凹坑,切应力易导致涂层出现沟槽,并同时以原喷涂态表面网状裂纹为策源地诱发裂纹在粒子晶界和层间界面萌生扩展导致涂层产生粒子和片状剥落,最终涂层显示出典型的磨粒磨损和低周疲劳失效形式.
关键词:
热障涂层
,
冲蚀机理
,
粗糙度
张小锋
,
周克崧
,
张吉阜
,
张永
,
刘敏
,
邓春明
无机材料学报
doi:10.15541/jim20150199
采用低温超音速等离子喷涂(LT-HVOF)在镍基高温合金基体上制备了NiCoCrAlYTa粘结层,使用大气等离子喷涂(APS)在粘结层上制备了7wt％Y2O3-ZrO2 (7YSZ)陶瓷层.基于动态试验即热震实验研究了粘结层的扩散氧化机制,探讨了陶瓷层的烧结及相变过程并观察了涂层的结构演变.实验结果表明:动态热循环下随着热震次数的增加,粘结层组元扩散氧化形成热生长氧化物(TGO)且厚度逐渐增加.此外,粘结层组元在温度梯度下沿陶瓷层内部裂纹向高温区扩散,最终在陶瓷层表面裂纹区域出现大量的金属氧化物,同时粘结层组元的扩散有助于陶瓷层的烧结,导致其显微硬度逐渐增大,而粘结层由于Kirkendall效应,其内部出现大量的孔洞导致其显微硬度逐渐降低.另外,陶瓷层在相变及热循环应力的作用下表面出现了大尺度的宏观裂纹.
关键词:
热震
,
热生长氧化物
,
失效机理
,
结构演变
张小锋
,
周克崧
,
宋进兵
,
邓春明
,
牛少鹏
,
邓子谦
无机材料学报
doi:10.15541/jim20140397
采用等离子喷涂–物理气相沉积(PS-PVD)以团聚烧结的 ZrO2-7wt%Y2O3(7YSZ)为原料，在850℃基体温度下制备了具有柱状结构的热障涂层，并通过场发射–扫描电镜(FE-SEM)分析了柱状涂层的显微结构。此外，基于原子聚集理论研究了PS-PVD中7YSZ气相分子在基体上的形核与生长过程，并分析了高温基体下7YSZ柱状涂层的沉积机理。另外，在1200℃下考察了7YSZ柱状涂层的CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)腐蚀性能并探讨了其失效机制。结果表明，在高温下7YSZ气相分子首先吸附在基体上，通过扩散迁移形成分子团并吸附在基体表面上，然后分子团再与其它吸附分子碰撞结合形成临界晶核，临界晶核捕获其它吸附分子进一步长大形成晶核小岛，此后依次经过岛状、联并、沟道、连续这四个阶段最终形成柱状涂层。高温下 CMAS熔融并在毛细管力的作用下沿着柱状涂层孔隙往深度方向渗透并与涂层发生热化学反应使涂层热物性能发生变化，最终在热化学与热机械的相互作用下使涂层内产生平行于表面的横向裂纹，并层离失效。
关键词:
等离子喷涂-物理气相沉积
,
沉积机理
,
CMAS腐蚀
,
腐蚀机制
庞晓军
,
邓畅光
,
徐丽萍
,
邓春明
,
张小锋
表面技术
doi:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.03.022
目的 在铝合金表面制备耐磨、耐蚀、高结合强度的疏水涂层.方法 采用大气等离子啧涂(APS)在铝合金基体上制备AT(A13O2-TiO2)涂层,在AT涂层上采用溶胶-凝胶法制备聚四氟乙烯(PTFE)面层,借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪、3D形貌仪、接触角测试仪等仪器对涂层的显微结构、成分、粗糙度、接触角进行表征.结果 喷距为120 mm、电流为680A、送粉量为18 g/min的条件下,实心AT涂层和空心AT涂层表面粗糙度为6.99 μm、6.13μm,孔隙率为5.88％、15.18％,硬度为945.82HV0.3、768.1HV0.3,与基体的结合强度为32 MPa、28 MPa,实心AT涂层与PTFE涂层的结合强度为19 MPa.实心PTFE/AT复合涂层与水的静态接触角最大可达130.9°,PTFE涂层表面含有氟化物和硅化物.结论 实心粉末AT涂层表面粗糙度较大,综合性能优于空心粉末AT涂层,因此,将实心AT涂层作为复合涂层的底层.实心PTFE/AT复合涂层具有与荷叶表面相仿的微纳米二元粗糙结构,具有良好的疏水性能,疏水性能与表面含氟物质的疏水基团以及低表面能的二元粗糙结构相关.
关键词:
大气等离子喷涂
,
溶胶-凝胶
,
复合涂层
,
粗糙度
,
结合力
,
疏水性能
,
二元粗糙结构
陈焕涛
,
张小锋
,
周克崧
,
刘敏
,
邓春明
,
邓畅光
表面技术
doi:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.041
目的 采用低温超音速等离子喷涂(LT-HVOF)在镍基高温合金基体(K417)上制备了NiCoCrAlYTa粘结层,使用大气等离子喷涂(APS)在粘结层上制备了纳米7%Y2O3-ZrO2(7YSZ)陶瓷涂层,以获得温度梯度热循环下纳米陶瓷层的结构演变机制.方法 通过燃气热冲击实验仪对热障涂层模拟真实服役条件下温度梯度热循环的工作环境,采用一维稳态热传导模型计算了热障涂层中各涂层界面的温度,探讨了在热驱动作用下等径晶粒和非等径晶粒的扩散长大机制.结果 热循环次数为40次时,涂层近表面出现了烧结致密化现象,而陶瓷层底部涂层保持原来的结构.热循环次数增加到460次时,整个陶瓷层断面都发生了烧结致密化现象.结论 温度是涂层烧结致密化的主导因素.涂层中当等大晶粒接触形成弯曲颈时,由于弯曲颈只受水平方向静压力作用,晶粒中原子扩散速率慢,导致晶粒长大速率较慢;而当非等大晶粒接触形成弯曲颈时,在晶粒接触弯曲颈处存在一偏大晶粒方向的剪切力,其导致晶粒向弯曲颈扩散速率增加,晶粒长大速率较快.
关键词:
热障涂层
,
热循环
,
温度梯度
,
烧结机制
张小锋
,
刘维良
,
郭双全
材料导报
近几十年来,ITER(国际热核实验堆)计划在为将来提供商业用电研究方面取得了较大的进展.ITER首先打算搭建一个实验聚变堆,然后再建设一个商业示范聚变堆为今后的正式商业发电做出一定的铺垫.但根据如今世界范围内的研究进展,实现聚变堆的商业发电至少要在2050年.在此之前有必要扩大聚变堆的研究范围,因此聚变堆的非电应用研究必须受到足够的重视.聚变堆的非电应用研究包括短期应用研究和长期应用研究,短期应用研究主要体现在医学、危险物的检测等领域的研究,长期应用研究主要体现在嬗变、氢的制备、空间助推器等领域的研究.综述了聚变堆在各个方面的非电应用研究,并且讨论和举证了聚变堆非电应用的可行性.
关键词:
非电应用
,
聚变堆
,
国际热核实验堆
