电子束物理气相沉积

摘要： 热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)是一种由金属黏结层、热生长氧化物层和陶瓷面层组成的金属-陶瓷复合系统,在先进的航空发动机领域上引起了广泛的关注,但目前先进热障涂层的热循环寿命提升和失效行为研究仍然是一个难点。本研究采用电子束物理气相沉积技术(electron beam physical vapour deposition,EB-PVD)制备LaZrCeO/YSZ双陶瓷层热障涂层,研究热障涂层的相结构、显微组织和失效行为。结果表明:LaZrCeO/YSZ涂层为烧绿石与萤石结构组成的复合涂层材料,LaZrCeO/YSZ涂层的微观结构由羽毛状纳米结构和柱内孔隙组成;在1100°C热循环条件下,LaZrCeO/YSZ双陶瓷层热障涂层展现了良好的热循环寿命;热循环实验后,由于应力累积的作用裂纹在热生长氧化层(TGO)中萌生并扩展,包括水平裂纹和垂直裂纹两大类,进而引起整个涂层体系的不稳定,最终导致涂层失效。

摘要： 热障涂层是应用于航空航天发动机、燃烧室、尾喷管等高温部件表面的隔热防护材料。文章对目前国内外热障涂层的制备方法进行了归纳分析,并展望了热障涂层制备方法的发展方向。热障涂层的制备方法主要包括大气等离子喷涂、电子束物理气相沉积、激光熔覆、电泳沉积、液相等离子喷涂、超音速火焰喷涂、等离子喷涂-物理气相沉积,目前实际生产中主要使用大气等离子喷涂和电子束物理气相沉积两种方法。开发新型热障涂层制备方法与传统涂层制备方法的结合是未来的热障涂层制备方法的发展趋势。

摘要： 本文介绍了电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术制备热障涂层的界面失效行为,并在此基础上综述了活性元素对粘结层/热生长氧化物层(TGO)界面性能的作用机制.

摘要： 热障涂层是应用于航空航天发动机、燃烧室、尾喷管等高温部件表面的隔热防护材料.文章对目前国内外热障涂层的制备方法进行了归纳分析,并展望了热障涂层制备方法的发展方向.热障涂层的制备方法主要包括大气等离子喷涂、电子束物理气相沉积、激光熔覆、电泳沉积、液相等离子喷涂、超音速火焰喷涂、等离子喷涂-物理气相沉积,目前实际生产中主要使用大气等离子喷涂和电子束物理气相沉积两种方法.开发新型热障涂层制备方法与传统涂层制备方法的结合是未来的热障涂层制备方法的发展趋势.

摘要： 采用正交试验分别研究了基体预热温度、通氧流量以及通氧时间对电子束物理气相沉积YSZ涂层在1150°C热冲击和抗氧化性能的影响.随着基体预热温度的升高,涂层的热冲击性能先升高再降低,随着预氧化通氧流量的增加和通氧时间的延长,涂层的热冲击性能逐渐升高,当达到一定范围后趋于稳定.确定优化后的工艺参数为基体预热温度900°C,预氧化通氧流量200mL/min,预氧化通氧时间15min.

摘要： 本文使用了电子束物理气相沉积、扫描电子显微术和X射线光电子能谱等技术手段研究了高温金属蒸气环境对金属钽的力学性能和显微组织的影响.结论是金属铈蒸气不会扩散进入金属钽内部,没有对钽片的显微组织产生直接影响.高温金属蒸气引起的热应力是导致钽片的力学性能和显微组织发生改变的原因.在热应力作用下金属钽内部产生大量的位错缺陷、甚至微裂纹,引起金属钽片强度升高和脆性断裂.

摘要： 目的 研究电子束物理气相沉积热障涂层对单晶高温合金高周疲劳性能的影响,为热障涂层在涡轮叶片上的应用提供技术支持.方法 采用真空电弧镀和电子束物理气相沉积工艺制备YSZ热障涂层,进行900°C条件下高周疲劳性能测试,采用扫描电镜对测试后的试样表面、断口形貌进行观察与分析.结果 在900°C、380 MPa条件下,带涂层的DD6单晶试棒循环次数(Nf)超过了107,420 MPa条件下超过了106.通过对DD6单晶试棒断口分析,失效后的带涂层试棒仍以DD6单晶常见滑移解离形式发生破坏.结论 高周疲劳性能测试条件下,带YSZ热障涂层的试棒中粘结层率先产生垂直微裂纹,但是裂纹扩展延伸中发生氧化钝化,之后DD6基体沿正常的滑移方向从表面向内部疲劳扩展,带涂层的试棒疲劳裂纹并非由涂层微裂纹直接扩展形成,热障涂层对DD6单晶高温合金高周疲劳性能影响较小.

摘要： 介绍了电子束物理气相沉积设备的主要组成、工作原理和电子束物理气相沉积热障涂层的结构特点,并重点论述了工件转速、工件温度、靶材蒸汽入射角度、工件表面的粗糙度、粘结层预氧化、改性粘结层和双层陶瓷层等对电子束物理气相沉积热障涂层性能的影响.

摘要： 热障涂层具有良好的隔热和抗氧化效果,是目前最为先进的高温防护涂层之一,与先进高效气膜冷却技术、高温结构材料一起并称为先进航空发动机及高压涡轮叶片的三大关键技术,被广泛应用于航空航天、汽车和大型火力发电等行业.高性能的热障涂层体系可以对基体金属进行充分的保护,延长航空发动机和燃气轮机的使用寿命.热障涂层(TBCs)由三个部分组成:粘结层(BC)、热生长氧化物层(TGO)和陶瓷顶层(TC).MCrAlY涂层是陶瓷层和基底合金之间的粘结层,它可以提高基底高温合金的抗氧化、抗腐蚀能力以及陶瓷层的粘结强度,其热膨胀系数、屈服强度、抗蠕变强度等物理与力学性能直接决定热障涂层体系的服役性能和寿命.当TBCs在高温下服役时,TGO才会形成.而在TGO生成初期,其可在一定程度上起到抑制有害氧化物生长的作用,即可视为抗氧化涂层.但是随着TBCs在高温下服役时间的延长,基底合金与MCrAlY粘结涂层之间的元素互扩散行为加剧,TGO不断生长以及热生长氧化物发生变形产生裂纹,最终导致涂层整体发生破坏性剥落,失去保护作用,造成巨大的安全事故和经济损失.热障涂层粘结层的抗氧化性能是决定热障涂层寿命的主要因素,而粘结涂层的成分设计及制备工艺是影响粘结层高温抗氧化性能的关键因素.为提高TBCs的高温服役性能和延长其使用寿命,国内外学者在MCrAlY粘结涂层的元素成分优化设计及组织结构、抑制基底合金/粘结层元素互扩散的扩散障、建立精确预测TBCs服役性能的热力学-动力学模型以及优化粘结涂层制备工艺等方面开展了大量细致的研究工作.采用MCrAlY(M=Ni、Co或Ni+Co)粘结层的热障涂层具有良好的高温性能,可降低热端部件的温度,以延长热障涂层的使用寿命和提高其效率.寻求性能优良的粘结涂层已成为热障涂层领域的研究热点.热障涂层用粘结层的组成元素(Ni、Co、Cr、Al)、添加的微量活性元素(Y、Hf、Zr、Ta、Si或贵金属等)以及与涂层厚度、空隙、界面粗糙度和氧含量相关的制备工艺对合金涂层的性能起决定性作用.目前制备TBCs的技术主要有大气等离子喷涂(APS)技术和电子束-物理气相沉积(EB-PVD)技术.其中,APS层状结构热障涂层的沉积速率较高,隔热性能较好,但抗热震性能较差;而EB-PVD柱状结构热障涂层具备优异的抗热震性能和应变容限,但隔热性能较差、沉积速率低且制备成本高.为满足未来高推重比航空发动机叶片发展的需求,开发新型TBCs体系材料及新型TBCs制备技术是必经之路.本文综述了近年来热障涂层用MCrAlY粘结层的发展,主要介绍了MCrAlY粘结层的研究背景、应用领域及优点,讨论了粘结层成分优化设计、微观组织、性能退化以及制备方法等方面的最新研究进展.

摘要： 热障涂层是一种高温防护涂层,对提高发动机工作温度起着非常重要的作用,已成为近年来涂层研究领域的热点之一.本文主要对热障涂层在国内外的研究进展进行了综述,重点阐述了热障涂层的结构、制备工艺及失效机理等.

摘要： 电子束物理气相沉积(EBPVD)是现代功能薄膜制备的重要方法之一,本文对EBPVD中蒸气粒子输运的几个关键问题的研究进展进行了阐述。首先,对工程中广泛应用的余弦律的适用范围进行了分析。提出了作为余弦律理论基础的自由分子流的失效判别准则。其次,针对多源EBPVD,给出了一个可以制备大面积多组分均匀薄膜的优化方案。当蒸发速率增大,余弦律不再成立时,目前最有力的跨流域分析工具是直接模拟Monte Carlo(DSMC),因此第三个关键问题是如何确定金属蒸气粒子的碰撞参数。最后,概述了典型多源蒸发大面积钇钛薄膜中三维低密度非平衡射流的流场特性,以及4英寸钇钛薄膜厚度与组分分布的计算结果和测量数据的对比。

摘要： 本文采用电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)在Rene N5镍基高温合金表面分别制备出N5/NiCrAlY和N5/ZrO2/NiCrAlY两种涂层体系试样,并对其进行1000°C/5h和1000°C/350h高温氧化处理.利用SEM、EDS、XRD等分析方法对比研究了高温环境中镍基合金基体与NiCrAlY粘结层界面的演变行为以及ZrO2活性扩散障对界面演变的控制作用.研究结果表明,N5/NiCrAlY体系涂层在高温环境中由于各元素浓度的差异会发生元素互扩散行为,导致在基体/NiCrAlY涂层界面处形成柯肯达尔孔洞,二次反应区及TCP相;而对于N5/ZrO2/NiCrAlY涂层体系而言,在高温环境中,其ZrO2活性扩散障将演变为Al2O3/Zr-rich/Al2O3三层结构,该结构能够有效抑制基体与粘结层之间的元素互扩散行为,阻止二次反应区及TCP相的出现,并且该结构具有良好的高温稳定性能.

摘要： 本文介绍了热障涂层的材料和结构体系，对电子束物理气相沉积制备热障涂层的原理和特点做了阐述，同时提出用超声振动来提高EB.PVD沉积的zr()2热障涂层性能的新思路，对其可行性进行了分析，并探索研究了超声振动对热障涂层生长的影响，最后对超声振动在电子束物理气相沉积热障涂层领域的应用前景进行了展望。

摘要： 采用材料动态力学热分析仪对涂层试样进行阻尼性能测试，研究了采用大气等离子喷涂（APS）和电子束物理气相沉积（EB-PVD）制备的涂层结构的阻尼性能，并探讨了界面结构对MCrAlY涂层阻尼性能的影响，进一步采用ANSYS有限元软件，分析了MCrAlY涂层中界面结构区域的应力场，研究了“横向”界面结构和“纵向”界面结构的阻尼耗能机理。研究结果表明：在相同振动弯曲环境中，“纵向”界面结构的阻尼略高于“横向”界面结构的阻尼；APS制备的涂层结构和EB-PVD制备的涂层结构耗能机制可能不同，前者界面结构的阻尼以滑移耗能为主，后者界面结构的阻尼以滑移耗能和裂纹扩展耗能为主；合理设计涂层结构中的“纵向”界面结构，将有利于涂层结构在振动弯曲过程中的振动能量消耗，从而提高其阻尼性能。

摘要： 详细介绍了箔片热加工和电子束物理气相沉积(EB-PVD)在制备TiAl基合金微层板方面的特点及研究现状。重点讨论了EB-PVD制备TiAl基合金微层板的组织与性能,结果表明:TiAl基合金薄板的显微组织结构为非平直的柱状晶,亚结构为月牙形形貌;TiAl/Nb微层板中Nb层的显微组织形貌为粗大的等轴晶;TiAl/NiCOCrAl微层板中NiCo-CrAl层则主要由平直柱状晶结构的γ-Ni相组成。TiAl基合金微层板具有比TiAl基合金薄板更好的常高温力学性能,尤其是在750°C左右的高温环境中,TiAl/NicocrAl微层板的增韧效果最佳,伸长率高达72．2％;而TiAl/Nb微层板则表现出最好的高温综合性能,其高温抗拉强度高达443．1MPa,几乎与其室温时的抗拉强度持平。

摘要： 详细阐述了TiAl基合金薄板四大类制备技术的特点与研究进展,包括:特殊轧制、普通轧制、物理气相沉积和热喷涂.其中,电子束物理气相沉积技术具有工序简单、近净成形、无污染和氧化等优点,最具发展潜力.

摘要： 采用多电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)制备了总厚度为0.3mm的NiAl/Al2O3微叠层复合材料，并对该复合材料的组织结构和性能进行了研究。组织结构研究表明该复合材料具有多层的结构特征，其组织由纳米级NiAl微晶层和Al2O3层交替叠加而成。NiAl/Al2O3层界面平直清晰，NiAl颗粒和Al2O3颗粒在层界面处没有明显的混合现象。性能测试表明该材料的室温硬度值达到800HV，明显高于同制备态下的NiAl沉积薄膜，同时该材料具有良好的高温抗氧化性，其经1050°C，100h静态氧化后，氧化增重约为1.9mg/cm2，介于等原子比NiAl铸态合金的氧化增重和含有活性元素的NiAl铸态合金的氧化增重之间。组织稳定性研究表明当温度高于900°C时，该复合材料的晶粒急剧长大，多层的结构特征消失。

摘要： 采用电子束物理气相沉积(Electron Beam-Physical Vapor Deposition，EB-PVD)方法在1Cr8Ni9Ti基体上制备了平均厚度为15μm的ZrO2-7％Y2O3陶瓷涂层，并借助强流脉冲离子束(High-intensity pulsed ion beam，HIPIB)辐照技术对其进行不同辐照次数的表面改性，得到了涂层特性不同的试样.利用数值拟合技术对超声反射系数相位谱进行拟合得到了原始及辐照1、5次涂层的衰减表达式.对应于原始及辐照1、5次试样，衰减系数表达式分别为α=0.105f1.35，α=0.0451f1.2和α=0.045f1.14.SEM结果表明，涂层经辐照后孔隙率减小，裂纹减少，涂层变得致密，与超声实验结果一致.利用声速能够对HIPIB改性的陶瓷涂层特性进行超声表征。

摘要： 对电子束物理气相沉积(EB-PVD)制备Ni基高温合金超薄板800°C真空保温过程中的组织演变规律进行了研究.结果表明:制备态NiCoCrAl合金组织为Ni基固溶体,组织致密均匀,无位错,存在孪晶,但有大量应变条纹;在800°C、5×10-3Pa真空保温过程中,合金组织仍为Ni基固溶体,合金平面和截面组织呈现层片状结构,无沉淀析出物,存在大量亚结构缺陷-孪晶、少量位错;随着合金保温时间的延长,应变条纹随之消除,沿(220)晶面的晶粒择优取向迅速长大.

摘要： 本文对热障涂层在航空发动机部件上的应用和发展进行了阐述;对比分析了目前实际工程应用中最广泛采用的APS和EB-PVD两种制备技术的技术原理、涂层材料体系和涂层性能;并简单介绍了TBCs制备技术的发展趋势和新型热障涂层材料研究的热点方向。

摘要： 电子束物理气相沉积(EB‑PVD)是一种新型的一种新型的热障涂层工艺，该涂层有利于提高零件的抗热冲击性能，但其表面热障涂层厚度的大小和分布状况难以准确生成和预测。本发明提出基于传热原理的电子束物理气相沉积热障涂层厚度计算预测的方法，该方法适合于常规几何形状的基材工件与已知几何形状位置参数的复杂基材工件的表面热障涂层厚度预测，在对本发明实施例中的圆盘形基材工件、以及当前已完成的圆柱形基材工件以及航空发动机叶片表面热障涂层厚度大小及分布的计算预测结果，证明了本发明的计算预测方法的适用性EB‑PVD热障涂层工艺，本方法的预测计算效率和时间要求也为热障涂层工艺的改进提供技术依据。

摘要： 本发明涉及一种用于电子束物理气相沉积的叶片预热装置及方法，该装置包括预热组件和真空室，预热组件用于对叶片进行预热且包括第一加热箱和第二加热箱，第一加热箱内具有一端开口的第一容置腔，第一加热箱内背离开口的一侧设有第一发热体，第二加热箱内具有一端开口的第二容置腔，第二加热箱内背离开口的一侧设有第二发热体，第一容置腔与第二容置腔的尺寸和形状相同，第一加热箱上还具有连通第一容置腔内外侧的第一半圆形卡具孔，第二加热箱上还具有第二容置腔内外侧的第二半圆形卡具孔。本发明在相对密闭的空间内对叶片辐射加热，能够快速的加热叶片，能量浪费少，有利于节约能耗，还可降低设备投入成本。

摘要： 本发明公开了一种实现电子束物理气相沉积自动蒸发陶瓷靶材的装置，在电子束物理气相沉积制备涂层的过程中，通过升降组件带动水冷坩埚内的靶材按照一定速度自动上升，通过旋转组件带动水冷坩埚内的靶材按照一定速度自动旋转，并结合电子束束流在靶材上扫描方法的优化，实现电子束物理气相沉积过程中靶材的自动、均匀、稳定蒸发，从而提高电子束物理气相沉积涂层制备过程的工艺稳定性，获得厚度重复性好、成分均匀稳定的高质量涂层。

摘要： 一种电子束物理气相沉积测温方法，涉及测量计量技术领域，在装料盘上的任意两个工位之间，安装一个壁厚和叶片壁厚相同的测温管(1)，将热电偶的温度感应端插入测温管(1)的右端空腔(3)中，在喷涂过程，测温管(1)与叶片围绕同一轴心进行转动，但是自身不转动，测得的温度和插入叶片内腔的热电偶测得的温度近似。每炉完成涂层生产后，将测温管(1)表面的涂层去除干净后重复利用，因测温管(1)较长，便于操作，且直径较小，去除涂层只需较短时间。本发明易于操作，方便快捷，无需直接测量叶片的温度，增加了喷涂时叶片的装夹数量，提高了喷涂加工的效率。

摘要： 本发明涉及一种用于电子束物理气相沉积的连续供料装置及方法，所述供料装置包括载料板、水冷板、储料箱、填料机构、导料管及送料机构，载料板和水冷板间隔布置且水冷板设在载料板上方，储料箱设在载料板上，填料机构包括填料头和填料杆，填料头设在储料箱内，填料杆与填料头相连且在储料箱内可移动，导料管设在载料板和水冷板之间且包括填料段、引导段及进料段，引导段设在填料段与进料段之间，填料段设有与储料箱连通的第一开口，棒料由储料箱经过第一开口进入填料段，送料机构包括第一送料杆和第二送料杆，第一送料杆和第二送料杆沿导料管长度方向可移动。本发明能够自动且连续进料，提高了工作效率，减少了棒料的损耗，降低了设备运行成本。

摘要： 材料表面改性领域中，用强流脉冲离子束对电子束物理气相沉积涂层的封顶技术，包括在耐高温的零部件基体1表面沉积金属粘结层2，陶瓷层3和建立陶瓷层表面的封顶层7，特征：在真空度0.8～1.1×10

摘要： 本发明公开了一种大面积均匀沉积热障涂层的电子束物理气相沉积方法，该方法包括步骤：安置多个内径为50‑70mm的坩埚，设置坩埚的中心间距为300‑600mm，设置坩埚与工件的垂直距离为270‑660mm；对工件进行表面处理，将表面清理干净的工件固定在转动轴上；加热工件；将涂层材料装入坩埚，通过电子束加热蒸发坩埚中的涂层材料，在坩埚正中间上方形成稳定的蒸汽云；将工件送入蒸汽云中，通过旋转轴旋转工件，沉积涂层；沉积涂层结束，关闭电子束，待工件降温后取出工件，工件表面获得均匀热障涂层。本发明解决了大尺寸航空发动机涡轮叶片用电子束物理气相沉积技术制备均匀热障涂层的难题。

摘要： 本发明涉及热障涂层制备技术领域，具体而言，涉及一种超厚电子束物理气相沉积热障涂层的制备方法。该制备方法包括：对沉积室顶部的沉积物进行清理，并对蒸发电子枪和预热电子枪进行清理，更换蒸发电子枪和预热电子枪的钨灯丝；将检验合格的靶材放入坩埚，对沉积室抽真空；利用蒸发电子枪加热靶材，使沉积室壁吸附的气体释放；将工件装卡送入沉积室，利用预热电子枪预热工件；提高蒸发电子枪的电子束电流，进行涂层沉积；当涂层沉积厚度达到预设厚度时，降低或关闭蒸发电子枪、预热电子枪的电子束电流；当工件冷却后，将工件退入预真空室，拆卸工件。本发明提供的超厚电子束物理气相沉积热障涂层的制备方法，提高了沉积过程稳定性以及工件外观合格率。

摘要： 本发明公开了一种高效率的涡轮叶片电子束物理气相沉积装置，包括整体呈圆柱形的中央腔室和在中央腔室的外侧沿圆周均匀分布设置的若干个功能腔室，中央腔室和各功能腔室的连通处均设有插板阀门，中央腔室包含叶片装夹递送机构，可绕其中心轴旋转，中心轴连接有若干组伸缩臂，伸缩臂均连接有叶片装夹器，伸缩臂的伸长或收缩均为独立控制，伸缩臂为伸长状态时可形成对相应功能腔室的真空密封，伸缩臂为收缩状态时叶片装夹递送机构可整体绕其中心轴旋转，以便将同一批次的待沉积涂层叶片依次经过各功能腔室完成涡轮叶片的涂层沉积。本发明可同时对不同批次的待沉积涂层叶片进行安装、预热、沉积、冷却和拆卸工序，有效提升了涂层生产的整体效率。

摘要： 电子束物理气相沉积(EB‑PVD)是一种新型的一种新型的热障涂层工艺，该涂层有利于提高零件的抗热冲击性能，但其表面热障涂层厚度的大小和分布状况难以准确生成和预测。本发明提出基于传热原理的电子束物理气相沉积热障涂层厚度计算预测的方法，该方法适合于常规几何形状的基材工件与已知几何形状位置参数的复杂基材工件的表面热障涂层厚度预测，在对本发明实施例中的圆盘形基材工件、以及当前已完成的圆柱形基材工件以及航空发动机叶片表面热障涂层厚度大小及分布的计算预测结果，证明了本发明的计算预测方法的适用性EB‑PVD热障涂层工艺，本方法的预测计算效率和时间要求也为热障涂层工艺的改进提供技术依据。