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PS-PVD YSZ/GZO复合涂层制备工艺优化
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作者 李新慧 何箐 +3 位作者 王世兴 由晓明 邹晗 赵乾 《中国表面工程》 北大核心 2025年第4期266-279,共14页
目前等离子物理气相沉积(PS-PVD)技术为制备高隔热、长寿命柱状结构热障涂层提供了巨大潜力,但PS-PVD工艺参数较多、工艺复杂,且各参数之间存在交互作用,导致涂层微结构及性能存在明显差异。为探究PS-PVD工艺参数对涂层微结构及性能影... 目前等离子物理气相沉积(PS-PVD)技术为制备高隔热、长寿命柱状结构热障涂层提供了巨大潜力,但PS-PVD工艺参数较多、工艺复杂,且各参数之间存在交互作用,导致涂层微结构及性能存在明显差异。为探究PS-PVD工艺参数对涂层微结构及性能影响的交互作用规律,采用田口试验方法(Taguchi method),以喷涂电流、喷涂步进和送粉速率等工艺参数为影响因子,以涂层微结构特征、燃气热冲击寿命等为响应值,分析各响应值均值的主效应图、方差以及交互作用。研究结果表明,在其他参数一定的情况下,对YSZ/GZO涂层寿命影响的显著性依次是喷涂步进>喷涂电流>送粉速率,这种情况下优选的工艺参数依次为喷涂步进200 mm,喷涂电流2200 A,送粉速率10 g/min,1350℃燃气热冲击寿命可达3062次。通过田口试验方法系统研究各工艺参数之间的交互作用以及对涂层微结构和燃气热冲击寿命的影响规律,有效提高试验数据的准确性、可靠性,降低研发成本及试验周期,制备出高性能、长寿命PS-PVD YSZ/GZO复合涂层,掌握了该复合涂层微结构调控及可控制备方法。 展开更多
关键词 等离子物理气相沉积 热障涂层 田口试验 热冲击寿命 交互作用
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PS-PVD工艺中的气相及气/液混合沉积行为 被引量:7
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作者 陈清宇 李成新 +1 位作者 杨冠军 李长久 《热喷涂技术》 2016年第1期44-50,共7页
为明确低功率等离子喷涂物理气相沉积(PS-PVD)工艺中涂层的沉积机制,通过80k W级等离子喷涂系统在100Pa压力下实现PS-PVD工艺,并在圆柱状基体上沉积涂层。采用SEM对正面和侧面沉积的涂层显微组织结构进行分析。研究不同工艺条件下涂层... 为明确低功率等离子喷涂物理气相沉积(PS-PVD)工艺中涂层的沉积机制,通过80k W级等离子喷涂系统在100Pa压力下实现PS-PVD工艺,并在圆柱状基体上沉积涂层。采用SEM对正面和侧面沉积的涂层显微组织结构进行分析。研究不同工艺条件下涂层显微组织的变化规律。结果表明涂层在侧面的沉积表现为气相沉积特性,涂层断面为柱状结构,表面为纳米结构粒子组成的岛状结构;涂层在正面的沉积表现为气/液混合沉积特性,涂层表面为扁平粒子和由纳米结构粒子组成的团簇组织,断面主要为扁平粒子结构,在扁平粒子中间存在纳米结构层。功率增大,气相沉积的柱状结构直径和长度增大,表面岛状结构尺寸增大,气/液混合沉积的扁平粒子数量明显减小。喷涂距离增大,气/液混合沉积的扁平粒子数量减小。结论是在涂层沉积侧面和正面分别表现为气相沉积和气/液混合沉积特性。在气/液混合沉积中,气相和液相沉积行为各自独立,但液相由于沉积效率远高于气相,会阻止气相沉积的连续进行。功率增大YSZ粒子气相含量增大,气相沉积效率显著增大。在试验范围内随喷涂距离增大,YSZ粒子气化程度提高。 展开更多
关键词 ps-pvd 气相沉积 气/液混合沉积 YSZ 显微结构 沉积机制
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PS-PVD制备YSZ热障涂层的CMAS腐蚀行为研究 被引量:1
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作者 严刚 刘伟 +4 位作者 罗俊辉 谷凯凯 李聪 杨丽 周益春 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2023年第17期57-63,共7页
热障涂层(TBCs)广泛应用于先进航空发动机热端部件,有效延长了发动机热端部件的服役寿命,成为先进航空发动机必不可少的热防护材料。但在服役过程中一些大气沉积物CMAS加热后变为熔融体吸附在热障涂层表面,并沿着孔隙和裂纹等缺陷渗透... 热障涂层(TBCs)广泛应用于先进航空发动机热端部件,有效延长了发动机热端部件的服役寿命,成为先进航空发动机必不可少的热防护材料。但在服役过程中一些大气沉积物CMAS加热后变为熔融体吸附在热障涂层表面,并沿着孔隙和裂纹等缺陷渗透至涂层内部,诱导涂层过早失效。采用等离子-物理气相沉积技术(PS-PVD)制备YSZ热障涂层,利用XRD、SEM等表征手段,对不同腐蚀时间的涂层物相成分、微观结构进行了表征。研究结果表明,YSZ涂层在1250℃下经过CMAS腐蚀后发生了相变;随着腐蚀时间的增加,CMAS沉积物会沿着热障涂层类柱状晶间隙渗透至内部,导致涂层结构出现疏松,并且在陶瓷层上部区域出现了类柱状晶断裂现象,涂层宏观表现为部分陶瓷层剥落;腐蚀8 h后陶瓷层部分区域出现了类柱状晶从粘结层上整体剥离;CMAS渗透深度随腐蚀时间的增加不断加大,在腐蚀3 h内其渗透速度相对较快,腐蚀3 h以后其渗透速度会相对变得缓慢。 展开更多
关键词 等离子喷涂-物理气相沉积(ps-pvd) 热障涂层(TBCs) CMAS腐蚀 渗透速度 失效行为
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PS-PVD热障涂层柱状结构沉积调控及表面改性 被引量:6
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作者 姚梦晨 黄璐 +1 位作者 刘梅军 杨冠军 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期50-60,共11页
等离子-物理气相沉积(PS-PVD)具有涂层多结构调控的特性,为高隔热、长寿命热障涂层的制备提供可能,是实现未来高性能航空发动机发展的关键技术之一。PS-PVD柱状结构涂层独特的微观结构使其兼具高隔热和热循环寿命长的双重优势,在航空发... 等离子-物理气相沉积(PS-PVD)具有涂层多结构调控的特性,为高隔热、长寿命热障涂层的制备提供可能,是实现未来高性能航空发动机发展的关键技术之一。PS-PVD柱状结构涂层独特的微观结构使其兼具高隔热和热循环寿命长的双重优势,在航空发动机热障涂层领域有着广阔的应用前景。但PS-PVD柱状结构涂层工艺调控是在大量的实验基础上实现的,缺少相关的理论研究,而且高孔隙率的柱状结构涂层面临的CaO-MgO-Al 2O 3-SiO 2(CMAS)腐蚀失效问题仍然限制着涂层的使用。本文从涂层结构特征入手,阐述了沉积单元相态对涂层结构的影响规律,揭示了柱状结构涂层的气相沉积机理。在此基础上分析了涂层结构的工艺影响,并基于涂层材料在射流内的相态转变,从理论层面阐明了工艺参数调控的本质。此外,分析了PS-PVD柱状结构涂层CMAS腐蚀失效机理,阐述了表面镀铝改性对涂层抗CMAS腐蚀性能的影响机制,并对PS-PVD涂层结构调控和性能提升以及PS-PVD技术在环境障涂层和功能薄膜等领域的应用进行了展望。 展开更多
关键词 等离子-物理气相沉积(ps-pvd) 沉积机理 结构调控 表面改性 CMAS腐蚀
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PS-PVD制备粘结层及其对热障涂层性能的影响 被引量:6
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作者 张啸 刘敏 +4 位作者 毛杰 刘飞 邓子谦 邓春明 郑黎 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期236-243,共8页
目的探究真空热处理对PS-PVD制备的粘结层的影响,并研究PS-PVD制备粘结层对热障涂层性能的影响。方法采用PS-PVD技术在高温合金基体上制备不同材料体系的粘结层和陶瓷层,采用真空热处理和高温氧化试验,对粘结层与基体界面间的元素扩散... 目的探究真空热处理对PS-PVD制备的粘结层的影响,并研究PS-PVD制备粘结层对热障涂层性能的影响。方法采用PS-PVD技术在高温合金基体上制备不同材料体系的粘结层和陶瓷层,采用真空热处理和高温氧化试验,对粘结层与基体界面间的元素扩散过程以及不同材料粘结层对热障涂层抗氧化性能的影响进行研究,并通过X射线衍射和EDS能谱对涂层的物相及元素分布进行分析。结果通过PS-PVD制备的不同粘结层体系的热障涂层试样,在近粘结层处的陶瓷层物相组成并无明显区别。粘结层与基体的元素扩散情况受真空热处理时间和温度的影响,随着真空热处理时间的延长,基体一侧的富铝相逐渐增多。当热处理8 h后,形成的扩散区的宽度已超过20μm;随着热处理温度的提高,同样也形成了更宽的扩散区。NiCoCrAlYTa/7YSZ热障涂层氧化100 h后,TGO层的厚度达到4.0μm,氧化150 h时,涂层发生脱离。NiCrAlY/7YSZ热障涂层氧化150 h后,TGO层的厚度达到4.4μm,但未出现脱离现象。结论热处理的时间越长,温度越高,粘结层与基体的元素扩散行为越剧烈。不同的粘结层材料会影响热障涂层的氧化动力学过程。 展开更多
关键词 ps-pvd热障涂层 粘结层 真空热处理 元素扩散 氧化动力学
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等离子-物理气相沉积(PS-PVD)的材料输运行为与沉积机理研究进展 被引量:5
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作者 黄璐 刘梅军 杨冠军 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期10-24,共15页
等离子-物理气相沉积(PS-PVD)具有制备层柱等多结构可控涂层的优异特性,但针对PS-PVD涂层结构调控的研究多局限于试错性试验,缺乏对涂层沉积与调控理论的研究,因此亟需对现有研究结果进行归纳、总结,以对PS-PVD沉积原理与涂层结构调控... 等离子-物理气相沉积(PS-PVD)具有制备层柱等多结构可控涂层的优异特性,但针对PS-PVD涂层结构调控的研究多局限于试错性试验,缺乏对涂层沉积与调控理论的研究,因此亟需对现有研究结果进行归纳、总结,以对PS-PVD沉积原理与涂层结构调控的进一步研究提供理论参考。针对PS-PVD所特有的涂层材料长距离输运、气液固多相态沉积过程,从涂层结构特征出发,综述PS-PVD沉积单元在经历喷枪内瞬时蒸发和喷枪外持续蒸发行为后,所进行的长距离输运行为与沉积行为的完整过程。此外,结合输运行为与沉积行为分析参数调控对沉积单元及涂层结构的影响规律,并对PS-PVD柱状结构涂层沉积机理的研究以及涂层制备技术的发展进行展望。 展开更多
关键词 等离子-物理气相沉积(ps-pvd) 输运行为 沉积机理 结构调控
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不同粘结层材料的PS-PVD热障涂层热震性能 被引量:5
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作者 毛杰 刘飞 +4 位作者 邓子谦 邓春明 刘敏 曾德长 梁兴华 《材料研究与应用》 CAS 2019年第1期8-14,共7页
为探索不同粘结层材料对等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)YSZ陶瓷层的热震性能的影响,采用PS-PVD工艺在DZ40M高温合金上制备了NiCoCrAlYTa和NiCrAlY两种不同的金属粘结层及YSZ陶瓷层,用SEM及XRD等方法表征两种粘结层表面沉积的YSZ陶瓷... 为探索不同粘结层材料对等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)YSZ陶瓷层的热震性能的影响,采用PS-PVD工艺在DZ40M高温合金上制备了NiCoCrAlYTa和NiCrAlY两种不同的金属粘结层及YSZ陶瓷层,用SEM及XRD等方法表征两种粘结层表面沉积的YSZ陶瓷层的形貌结构、显微硬度及物相,研究了两种涂层的1100℃水淬热震性能及失效模式.结果表明:PS-PVD制备的NiCoCrAlYTa和NiCrAlY两种粘结层均非常致密,陶瓷层均为典型羽毛型柱状结构;NiCoCrAlYTa-7YSZ和NiCrAlY-7YSZ两种羽柱状陶瓷层的孔隙率分别为16.1%和16.5%,显微硬度HV0.025分别为615.8和683.6;陶瓷层的形貌结构及孔隙率、硬度等基本性能,对粘结层成份差异不敏感.1100℃水淬试验结果表明,NiCrAlY-7YSZ涂层的抗热震性能优于NiCoCrAlYTa-7YSZ涂层.失效模式是涂层在频繁的低温-高温热循环中羽柱状陶瓷层内部裂纹萌生和扩展,以及表面花菜头先剥落形成点蚀坑.随着热震次数增加,更多的点蚀坑随机出现并扩大,进而相连后形成大面积剥落区. 展开更多
关键词 ps-pvd 金属粘结层 YSZ陶瓷层 热震性能 点蚀
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尖端结构对PS-PVD YSZ涂层沉积的影响 被引量:2
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作者 李荣久 邓畅光 +3 位作者 胡永俊 毛杰 邓子谦 邵祉谏 《材料研究与应用》 CAS 2021年第1期1-8,共8页
采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术在设计的尖端结构试样表面制备了YSZ涂层,研究了YSZ涂层在尖端不同区域的形貌、厚度、孔隙率和微区力学性能的差异.结果表明:尖端部位各区域涂层呈现羽柱状结构,在涂层生长过程中柱状晶之间会... 采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术在设计的尖端结构试样表面制备了YSZ涂层,研究了YSZ涂层在尖端不同区域的形貌、厚度、孔隙率和微区力学性能的差异.结果表明:尖端部位各区域涂层呈现羽柱状结构,在涂层生长过程中柱状晶之间会因生长的空间受限而存在“挤压”竞争效应,尖端边角的几何特性会削弱“挤压”竞争效应,因此其涂层厚度远高于尖端其他区域;此外,尖端尖角附近的涂层羽柱状结构呈放射状,并沿基体表面法线方向向上生长;纳米压痕表明涂层硬度由顶部至底部呈现逐渐下降趋势,这与涂层结构和残余应力相关;尖端结构的尖角区域涂层微区硬度,显著高于尖端两侧区域;结合数值模拟分析结果发现,半封闭型面会导致等离子射流紊乱度上升,由于不同方向等离子体存在“卷流”和“冲击”现象,其对应沉积的涂层厚度下降,孔隙率上升. 展开更多
关键词 ps-pvd 尖端结构 羽柱状结构 等离子射流 纳米压痕
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PS-PVD用CeO_(2)掺杂8YSZ团聚粉末及其涂层 被引量:1
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作者 牛少鹏 李昕 +8 位作者 邓春明 孙耀宁 宋进兵 王超 黄益聪 曾威 戴红亮 黄科 刘敏 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期50-58,共9页
在纳米ZrO_(2)-8%Y_(2)O_(3)(摩尔分数)(8YSZ)粉末中掺杂20%(质量分数)微米级CeO_(2)粉末,并通过喷雾干燥合成CeO_(2)-8YSZ(CYSZ)复合团聚粉体。借助激光粒度仪和扫描电镜(SEM)及附带能谱仪(EDS)考察羧甲基纤维素黏结剂(carboxymethyl c... 在纳米ZrO_(2)-8%Y_(2)O_(3)(摩尔分数)(8YSZ)粉末中掺杂20%(质量分数)微米级CeO_(2)粉末,并通过喷雾干燥合成CeO_(2)-8YSZ(CYSZ)复合团聚粉体。借助激光粒度仪和扫描电镜(SEM)及附带能谱仪(EDS)考察羧甲基纤维素黏结剂(carboxymethyl cellulose,CMC)质量分数对复合团聚粉体性能影响。采用PS-PVD制备具有柱状结构的CYSZ热障涂层,对涂层截面和表面进行EDS分析。采用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析涂层物相。结果表明:黏结剂质量分数达到2%时可获得球形度高、粒度分布均匀的团聚粉体;制备的涂层中Ce元素呈均匀分布;涂层物相基本为t-相结构,其中Ce^(4+)取代Zr^(4+)进入ZrO_(2)晶格形成类质同象的固溶体结构,显示出CeO_(2)掺杂对t-相向m-相转变的抑制作用;所制备CYSZ涂层在1100℃,水冷循环100次后仍保持完整,展现出较高的抗热冲击性能。 展开更多
关键词 CeO_(2)掺杂 喷雾干燥 团聚粉末 ps-pvd
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PS-PVD等离子射流特性和YSZ粉末蒸发行为的光谱诊断 被引量:4
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作者 张岩 邓畅光 +2 位作者 毛杰 邓子谦 罗志伟 《材料研究与应用》 CAS 2019年第4期287-294,共8页
采用PS-PVD工艺在不同送粉速率下沉积YSZ陶瓷涂层,通过光学发射光谱(OES)对不同送粉速率下的等离子射流特性进行诊断,同时分析光谱发射强度分布并计算出等离子射流平均温度及电子密度值,结合射流照片以及涂层微观结构研究不同送粉速率下... 采用PS-PVD工艺在不同送粉速率下沉积YSZ陶瓷涂层,通过光学发射光谱(OES)对不同送粉速率下的等离子射流特性进行诊断,同时分析光谱发射强度分布并计算出等离子射流平均温度及电子密度值,结合射流照片以及涂层微观结构研究不同送粉速率下YSZ粉末在射流中的加热蒸发行为.研究结果表明:少量粉末通入后几乎全部被加热蒸发,大量处于高激发态甚至发生电离,射流温度较低但保持着较高电子密度;气相状态下涂层沉积速率很低,涂层多为单根柱状晶且宽大,直接由纳米柱状晶组成;增大粉末送粉速率,射流高温区发生宽化,粉末蒸发量提高,但射流的能量不再足以蒸发所有粉末,会存在少量未融颗粒.气相、团簇甚至熔融粒子共同作用下的混合相沉积使得沉积效率迅速增大.表面扩散较不充分,单根柱状晶尺寸变窄,在固体颗粒与阴影效应的共同作用下产生分支. 展开更多
关键词 OES ps-pvd 热障涂层 YSZ粉末蒸发 等离子射流特性
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7YSZ coating prepared by PS-PVD based on heterogeneous nucleation 被引量:12
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作者 Ziqian DENG Xiaofeng ZHANG +4 位作者 Kesong ZHOU Min LIU Chunming DENG Jie MAO Zhikun CHEN 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第4期820-825,共6页
Plasma spray-physical vapor deposition(PS-PVD) as a novel coating process based on low-pressure plasma spray(LPPS) has been significantly used for thermal barrier coatings(TBCs).A coating can be deposited from l... Plasma spray-physical vapor deposition(PS-PVD) as a novel coating process based on low-pressure plasma spray(LPPS) has been significantly used for thermal barrier coatings(TBCs).A coating can be deposited from liquid splats, nano-sized clusters, and the vapor phase forming different structured coatings, which shows obvious advantages in contrast to conventional technologies like atmospheric plasma spray(APS) and electron beam-physical vapor deposition(EBPVD). In addition, it can be used to produce thin, dense, and porous ceramic coatings for special applications because of its special characteristics, such as high power, very low pressure, etc. These provide new opportunities to obtain different advanced microstructures, thus to meet the growing requirements of modern functional coatings. In this work, focusing on exploiting the potential of gas-phase deposition from PS-PVD, a series of 7 YSZ coating experiments with various process conditions was performed in order to better understand the deposition process in PS-PVD, where coatings were deposited on different substrates including graphite and zirconia. Meanwhile, various substrate temperatures were investigated for the same substrate. As a result, a deposition mechanism of heterogeneous nucleation has been presented showing that surface energy is an important influencing factor for coating structures. Besides, undercooling of the interface between substrate and vapor phase plays an important role in coating structures. 展开更多
关键词 7YSZ Deposition mechanism Heterogeneous nucleation ps-pvd TBC
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燃气热冲击对PS-PVD和APS热障涂层的微结构和隔热性能的影响 被引量:4
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作者 张永 刘敏 +2 位作者 张吉阜 许晓嫦 宋进兵 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期57-64,共8页
采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)和大气等离子喷涂(APS)技术分别制备柱状和层状YSZ陶瓷层,在1 250℃的燃气热冲击下对比研究两种涂层体系的微结构演变和隔热性能变化。结果显示,燃气热冲击后PS-PVD和APS制备的两种YSZ层主要由t'... 采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)和大气等离子喷涂(APS)技术分别制备柱状和层状YSZ陶瓷层,在1 250℃的燃气热冲击下对比研究两种涂层体系的微结构演变和隔热性能变化。结果显示,燃气热冲击后PS-PVD和APS制备的两种YSZ层主要由t'相和c相构成。APS制备的YSZ层微裂纹不断生长开裂并出现局部层状剥落,而PS-PVD制备的YSZ层的"菜花头"间隙不断增大并出现局部"菜花头"剥落。同时表明,PS-PVD制备的热障涂层在长期燃气热冲击时抗氧化性及隔热效果均优于APS制备的热障涂层。 展开更多
关键词 等离子喷涂-物理气相沉积 热障涂层 燃气热冲击 失效分析
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8YSZ团聚粉体压溃强度及其对PS-PVD沉积行为的影响研究 被引量:1
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作者 张雨生 由晓明 何箐 《热喷涂技术》 2022年第3期46-57,共12页
等离子物理气相沉积(PS-PVD)作为一种热障涂层新型制备技术,受到国内外的广泛关注。PS-PVD工艺采用细小球形团聚粉体为原料,原料在高温高速等离子射流中瞬时加热-熔融-气化,这一复杂过程中粉体-等离子体射流相互作用机理尚未完全揭示,... 等离子物理气相沉积(PS-PVD)作为一种热障涂层新型制备技术,受到国内外的广泛关注。PS-PVD工艺采用细小球形团聚粉体为原料,原料在高温高速等离子射流中瞬时加热-熔融-气化,这一复杂过程中粉体-等离子体射流相互作用机理尚未完全揭示,特别是粉体颗粒在高温高速射流中快速溃散气化过程研究较少。本文研究了细小球形团聚粉体的压溃强度测试方法,进而对不同粘结剂类型、含量、不同颗粒尺寸的粉体压溃强度进行表征,研究了粉体特性对压溃强度影响规律,并系统分析了粉体沉积效果。结果表明,随着粉体颗粒尺寸的增大,其压溃强度呈现逐步降低趋势,不同特性粉体趋势不同;粘结剂类型变化、特别是一定含量纳米尺度颗粒的存在,会增大粉体压溃强度,一定范围内粉体压溃强度越高,涂层沉积速率越高。 展开更多
关键词 ps-pvd 热障涂层 粉体 压溃强度
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等离子喷涂物理气相沉积(PS-PVD)热障涂层在高温高速航空煤油燃气热冲击下的失效机制 被引量:2
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作者 宋国斌 杨晋萍 +1 位作者 董勇军 崔崇 《腐蚀与防护》 CAS 北大核心 2022年第6期20-25,共6页
采用等离子喷涂物理气相沉积(PS-PVD)法,在单晶合金叶片表面制备了热障涂层的MCrAlY底层和氧化钇稳定氧化锆(YSZ)面层,采用扫描电镜和能谱仪,分析了其在高温高速航空煤油燃气热冲击下的失效机制.结果表明:YSZ面层为类柱状晶结构;在高温... 采用等离子喷涂物理气相沉积(PS-PVD)法,在单晶合金叶片表面制备了热障涂层的MCrAlY底层和氧化钇稳定氧化锆(YSZ)面层,采用扫描电镜和能谱仪,分析了其在高温高速航空煤油燃气热冲击下的失效机制.结果表明:YSZ面层为类柱状晶结构;在高温高速航空煤油燃气热冲击下,MCrAlY底层表面形成了连续的热增长氧化膜(TGO),且叶片正面MCrAlY底层表面的TGO厚度明显大于叶片背面的;叶片受燃气直接冲击的区域,YSZ面层发生整体剥落,类柱状晶从根部发生断裂;叶片未受燃气直接冲击的区域,YSZ面层较完整;YSZ面层整体剥落主要是外界环境中的颗粒物进入高温高速燃气中,对热障涂层产生冲蚀造成的. 展开更多
关键词 等离子喷涂物理气相沉积(ps-pvd) 热障涂层 高温高速 航空煤油燃气 失效机制
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Microstructural evolution,mechanical properties and degradation mechanism of PS-PVD quasi-columnar thermal barrier coatings exposed to glassy CMAS deposits 被引量:1
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作者 Zi-Yue Yu Liang-Liang Wei +3 位作者 Xing-Ye Guo Bao-Peng Zhang Qing He Hong-Bo Guo 《Rare Metals》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期3329-3340,共12页
Thermal barrier coatings(TBCs) applied in aeroengines tend to be attacked by molten calcia-magnesiaalumino-silicate(CMAS) at high operating temperatures.Yttria-stabilized zirconia(YSZ) coatings with quasicolumnar micr... Thermal barrier coatings(TBCs) applied in aeroengines tend to be attacked by molten calcia-magnesiaalumino-silicate(CMAS) at high operating temperatures.Yttria-stabilized zirconia(YSZ) coatings with quasicolumnar microstructure were fabricated by plasma spray physical vapor deposition(PS-PVD) technique.The chemic al changes,micros tructural transform ation,mechanical properties and degradation mechanisms of the CM AS-interacted TBCs in the thermal cycling tests were investigated.Feathered YSZ grains were dissolved in the CMAS melts,and then the ZrO_(2) grains were reprecipitated with spherical shape,accompanying with phase transformation from tetragonal(t) to monoclinic(m).The thermal cycling tests reveal that the YSZ coating fails at the early stage due to the attack of CMAS.The fractures in intracolumns lead to partial spallation of the coatings.The failure of the coating occurs at the interfaces between thermally grown oxides(TGO) layer and YSZ topcoat;especially,the hardness and Young's modulus of the YSZ coatings increase intensively,as the coatings were infiltrated by the CMAS for a long time. 展开更多
关键词 CMAS Thermal barrier coatings Young's modulus Thermal cycling behavior ps-pvd
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Mechanical properties and simulated thermal conductivity of biomimetic structured PS-PVD(Gd_(0.9)Yb_(0.1))_(2)Zr_(2)O_(7) thermal barrier coatings 被引量:1
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作者 Yiqian Guo Lei Guo +3 位作者 Keyi Liu Shiyi Qiu Hongbo Guo Huibin Xu 《Journal of Materials Science & Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第15期33-40,共8页
Plasma spray physical vapor deposition(PS-PVD)(Gd_(0.9)Yb_(0.1))_(2)Zr_(2)O_(7)(GYbZ)thermal barrier coatings(TBCs)exhibited better silicate-phobicity than coatings produced by electron beam physical vapor depo-sition... Plasma spray physical vapor deposition(PS-PVD)(Gd_(0.9)Yb_(0.1))_(2)Zr_(2)O_(7)(GYbZ)thermal barrier coatings(TBCs)exhibited better silicate-phobicity than coatings produced by electron beam physical vapor depo-sition.In combination with PS-PVD and ultrafast laser direct writing technology,biomimetic structured GYbZ TBCs,with a triple-scale micro/nano surface microstructure,were obtained.Laser ablating on the PS-PVD GYbZ coating enhanced the surface roughness,improving its wear resistance without increasing the surface hardness.Furthermore,during the laser ablation processing,numerous nanoparticles were deposited in-situ in the gaps between columns of the coating,reducing the coating Young’s modulus.The simulated temperature field and heat flux field demonstrated that the presence of numerous interfaces between small columns of the PS-PVD coatings is beneficial to thermal insulation.However,laser ablation decreased the coating thickness,reducing the thermal insulation by around 20%-30%as compared to its PS-PVD counterpart,suggesting that a moderate increase in the coating thickness should be considered when designing an efficient TBC system. 展开更多
关键词 Thermal barrier coatings(TBCs) Plasma spray physical vapor deposition (ps-pvd) Laser ablation Biomimetic structure Mechanical properties Thermal insulation
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YSZ粉末结构特征对其PS-PVD热障涂层形貌影响的研究 被引量:7
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作者 贾芳 高丽华 +5 位作者 于月光 冀晓鹃 章德铭 彭浩然 卢晓亮 侯伟骜 《热喷涂技术》 2018年第3期50-58,64,共10页
热喷涂粉末材料特性对涂层组织形貌通常具有重要影响。PS-PVD技术作为一种新兴的热障涂层制备技术,受到了国内外的广泛关注,但粉末材料特性对YSZ热障涂层沉积形貌影响的研究尚待深入。本文采用化学沉淀、喷雾造粒等方法制备了适于等离... 热喷涂粉末材料特性对涂层组织形貌通常具有重要影响。PS-PVD技术作为一种新兴的热障涂层制备技术,受到了国内外的广泛关注,但粉末材料特性对YSZ热障涂层沉积形貌影响的研究尚待深入。本文采用化学沉淀、喷雾造粒等方法制备了适于等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)的YSZ球形团聚粉末,通过制备工艺参数的调节获得了具有不同结构特征的YSZ粉末,并对其进行了PS-PVD涂层沉积试验研究。研究结果表明,YSZ粉末在PS-PVD等离子射流中实现有效气化,首先需要粉末具有合适的粒径,粉末过粗或过细均不利于粉末气化及类柱状晶涂层结构的形成,通常D10不大于3μm、D_(50)处于5-10μm、D_(90)不大于25μm的YSZ粉末更容易气化;当粉末粒度范围和松装密度接近,内部疏松程度不同时,"二次团聚"造粒粉末经射流后气化沉积效果明显优于仅"一次团聚"粉末;对粉末进行不同程度的致密化处理后,其内聚强度和松装密度变高,由于粉末过于致密难以实现有效气化,涂层沉积速率低;而内聚强度适中,松装密度为1g/cm^3左右的粉末沉积效果较好。 展开更多
关键词 等离子喷涂-物理气相沉积(ps-pvd) YSZ粉末 气化 涂层形貌
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镀铝改性PS-PVD 7YSZ热障涂层对DZ125合金力学性能的影响
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作者 罗纳 何兵 张小锋 《材料保护》 CAS CSCD 2022年第7期8-15,21,共9页
采用等离子喷涂-物理气相沉积工艺(PS-PVD)在DZ125高温合金基体上涂覆镀铝改性热障涂层(TBCs),为了给其在复杂机械载荷使用环境下的应用提供技术支撑,通过扫描电镜观察试样的断口与涂层表面形貌,研究了镀铝改性TBCs对DZ125合金室温拉伸... 采用等离子喷涂-物理气相沉积工艺(PS-PVD)在DZ125高温合金基体上涂覆镀铝改性热障涂层(TBCs),为了给其在复杂机械载荷使用环境下的应用提供技术支撑,通过扫描电镜观察试样的断口与涂层表面形貌,研究了镀铝改性TBCs对DZ125合金室温拉伸性能、高温持久拉伸性能、高温旋转弯曲疲劳性能的影响。结果表明:涂覆镀铝改性TBCs后,试样的室温拉伸性能与基体合金的相当,其断后伸长率稍有上升,拉伸断口为阶梯状解理面,呈明显的脆性断裂特征;高温持久拉伸断口具有类解理断裂、韧窝断裂的混合特征,持久断裂塑性明显提高,断后伸长率降低;旋转弯曲疲劳断口由疲劳起源区、疲劳扩展区以及瞬断区3个区域组成,带涂层试样的疲劳寿命相较于基体合金的有较大提升. 展开更多
关键词 DZ125高温合金 镀铝改性 ps-pvd热障涂层 力学性能 断口形貌
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等离子-物理气相沉积(PS-PVD)及其射流非接触检测方法 被引量:8
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作者 刘梅军 李广荣 +1 位作者 杨冠军 李长久 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期1-16,共16页
等离子-物理气相沉积(PS-PVD)是制备高温防护涂层和功能涂层的一种新方法,既可涵盖等离子喷涂和电子束物理气相沉积工艺,还可实现涂层宏观/介观/微观等跨尺度结构的定制化设计与制备,在热障涂层(TBCs)、环境障涂层(EBCs)、环境热障涂层(... 等离子-物理气相沉积(PS-PVD)是制备高温防护涂层和功能涂层的一种新方法,既可涵盖等离子喷涂和电子束物理气相沉积工艺,还可实现涂层宏观/介观/微观等跨尺度结构的定制化设计与制备,在热障涂层(TBCs)、环境障涂层(EBCs)、环境热障涂层(TEBCs)、透氧薄膜、燃料电池和太阳电池电极薄膜等领域具有广泛应用前景,尤其在航空发动机和燃气轮机防护涂层领域被视为高性能TBCs/EBCs制备技术发展的新方向。比较分析了PS-PVD等离子射流膨胀流动、材料快速加热气化离化和长距离多模式输运沉积的全流程过程,介绍了PS-PVD原理与设备系统,面向等离子射流参数快速无损检测分析的目标,建立了基于光学发射光谱学(OES)的等离子射流和材料特性非接触式检测与诊断装备系统,发展了射流和材料特性参数的定量表征和精确诊断方法。依据电子数密度等检测结果,进一步计算分析等离子温度分布规律。基于射流与材料检测结果,研究了粉末材料在等离子射流中的多相态转变行为,归纳了调控沉积单元多相态转变的工艺控制参数集。这些硬件平台和表征检测方法的建立,为构建PS-PVD理论和研制新型高性能热防护涂层提供了坚实的理论基础和必要的条件支撑。 展开更多
关键词 等离子-物理气相沉积 沉积系统 非接触检测系统 光学发射光谱 输运机理 热防护涂层
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喷雾干燥法制备PS-PVD用8YSZ纳米团聚粉末 被引量:4
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作者 殷建安 刘敏 +3 位作者 张小锋 邓春明 邓子谦 曾德长 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期275-282,共8页
目的通过喷雾干燥法制备用于等离子喷涂-物理气相沉积法(Plasma Spray-Physical Vapor Deposition,PS-PVD)多相沉积柱状/致密涂层的Zr O_2-8%Y_2O_3(8YSZ)纳米团聚粉末。方法采用平均粒度为20 nm的8YSZ纳米粉为原料并配制成浆料,球磨后... 目的通过喷雾干燥法制备用于等离子喷涂-物理气相沉积法(Plasma Spray-Physical Vapor Deposition,PS-PVD)多相沉积柱状/致密涂层的Zr O_2-8%Y_2O_3(8YSZ)纳米团聚粉末。方法采用平均粒度为20 nm的8YSZ纳米粉为原料并配制成浆料,球磨后通过喷雾干燥法制备出8YSZ的纳米团聚粉末,并研究不同含量粘结剂(NJ-3)对粉末的影响。利用TEM、SEM表征粉末及涂层的微观结构。通过XRD、激光粒度及拉伸试验对粉末及涂层性能进行表征。结果纳米8YSZ粉末在添加适当种类及含量的分散剂、粘结剂并通过喷雾干燥加工后,成功制备出球形度高、粒度小且适用于气/液/固多相沉积的PS-PVD用喷涂粉末。当粘结剂含量低于8%时,粉末球形度低,表面存在明显坑孔。而当粘结剂含量高于12%时,PS-PVD气相沉积效率低,涂层质量差。当粘结剂含量为10%时,粉末球形度高,D90=12.24μm,可气/液/固多相沉积制备形貌良好的柱状涂层及致密涂层。其中气相沉积所制备柱状涂层结合强度可达33 MPa,且原始粉末中的m-ZrO_2完全转变为t-ZrO_2。结论当粘结剂含量为10%时,所制备粉末能够流畅送粉,并进行气/液/固多相沉积,且涂层质量最优。粘结剂在粉末内部分布均匀,并主要起粘结和支撑作用,同时可改善粉末表面形貌。喷雾干燥后粉末粒度随着粘结剂含量增加而增大,但非线性变化。 展开更多
关键词 喷雾干燥 等离子-物理气相沉积 8YSZ 纳米团聚 柱状涂层 致密涂层 多相沉积
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