关于热障涂层工况模拟试验涡轮模型设计的一些探讨

热障涂层是目前保护航空发动机内部热端部件、提高其热效率最常用的方法和发动机必备的关键技术之一.航空发动机热障涂层服役环境极其严苛,其剥落失效面临巨大瓶颈,研制热障涂层服役环境模拟装置是理解热障涂层机制的重点.该文基于航空发动机热障涂层热、力、化多场耦合等实际服役环境,探讨有关热障涂层工况模拟试验用涡轮模型的设计.该模型是热障涂层工况模拟装置的核心模块之一.主要内容如下:(1)基于动力学平衡原理,结合发动机两类叶片数量之比等比例设计导向、工作叶片热障涂层的数量和位置;(2)基于高温燃气与高速旋转交互作用后尾迹、湍流的位置设计导向叶片与工作叶片之间的夹角;(3)基于涡轮叶片高速旋转线速度来设计模型件关键部件,包括导向叶片、工作叶片、涡轮盘的尺寸;(4)基于不同试验目标与测试要求选用不同类型的涡轮模型,第一类模型适用于工作叶片热障涂层的模拟考核与导向叶片热障涂层检测,第二类模型适用于工作叶片热障涂层的检测与机制研究.     

不同制备工艺的热障涂层高温下TGO生长规律及微观结构的演变分析

热障涂层作为一种耐高温、耐腐蚀的热防护陶瓷材料,被广泛应用于航空发动机的高温部件,改善了发动机的耐高温性能且延长了其服役寿命.在高温服役环境中,由于界面氧化导致的TGO生长是诱发涂层剥落失效的主要原因.剥落失效是制约热障涂层在高性能航空发动机上安全应用的重要瓶颈,因此准确预测高温下热障涂层TGO的生长规律及微观形貌的演变规律对理解热障涂层界面氧化剥落失效至关重要.基于此,该文开展了不同制备工艺热障涂层材料的高温氧化实验,来分析TGO的生长规律以及微观形貌演变规律.实验结果表明:NiCrAlYSi黏结层氧化速率最快,抗氧化性能最差,TGO的生长不规则,氧化后期容易剥落.NiCrAl合金样品在高温下的氧化速率较慢,TGO的生长缓慢,抗氧化性能较好.Pt扩散黏结层的氧化速率介于两者之间,TGO的生长速率缓慢.在分析合金材料氧化的过程中,发现样品表面的粗糙度对TGO的生长有较大的影响,表面粗糙度越小TGO的生长速率越快,与基底的结合性越好.     

悬浮液等离子体喷涂厚YSZ热障涂层 结构与性能研究

采用悬浮液等离子体喷涂（SPS）工艺在以GH3128高温合金为基底，CoNiCrAlY为黏结层的表面上制备氧化钇部分稳定的氧化锆（YSZ）厚热障涂层（TTBCs），研究单片层的形貌特征及单片层之间的堆叠行为对涂层微结构的影响.对无支撑的YSZ涂层进行了1 200~1 600 ℃保温24 h和1 550 ℃保温20~100 h的高温时效处理，分析涂层的物相组成和晶粒尺寸等的变化；对涂层试样进行了高温燃气焰流循环热考核，并对其失效机理进行了探讨.结果表明,SPS单片层由四方相晶粒组成.涂层经1 550 ℃高温热处理40 h发生四方相（t）向单斜相（m）转变，且m相的含量随热处理时间的延长而增加，但对于24 h高温处理样品，即便将热处理温度提升到1 600 ℃，也未见t→m相变.SPS涂层经热考核前后应力演变是其失效根源，通过相邻柱状晶的脱落可有效地释放陶瓷层中的应力集中，最终与界面附近陶瓷层微裂纹相互连接而导致涂层剥落.     

La_2Ce_2O_7/YSZ热障涂层抗CMAS腐蚀及机制研究

热障涂层以其耐高温、高隔热的优异性能,成为航空发动机热端部件不可或缺的材料.然而,在其服役过程中,涂层不可避免地会受到大气中以钙、镁、铝、硅氧化物为主要成分(CMAS)的熔体腐蚀,最终导致其剥落失效.该文以大气等离子喷涂方法制备的La_2Ce_2O_7(LCO)/YSZ双陶瓷涂层为研究对象,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等表征手段,对经CMAS及火山灰腐蚀前后涂层的微观组织结构及物相组成进行表征与鉴定,并分析其抗腐蚀机制.研究表明经高温腐蚀后,YSZ涂层会生成m-ZrO_2及ZrSiO_4,而LCO粉末在1 250℃下与CMAS反应5 h后,其中的CeO_2依然保持稳定,证明其不与CMAS反应.CMAS及火山灰与LCO反应后会生成钙长石、尖晶石及La_2Si_2O_7等高熔点物质,从而能有效地延缓CMAS对涂层的侵蚀.该研究的开展将为新型抗CMAS涂层的成分设计提供指导.     

稀土与吡唑啉酮及槲皮素混配合物的研究

合成了九种稀土 ( 3 )与苯甲酰基吡唑啉酮 ( PMBP)及槲皮素( H5Q)形成的混配配合物 ,经测定轻稀土组成为 RE( PMBP) ( H2 Q) ( H4 Q) Cl·1 0 H2 O,重稀土组成 RE( PMBP) ( H2 Q) CL2 · 1 0 H2 O配合物 ,其中 RE为 L a、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy.通过元素分析、红外光谱、紫外光谱、差热、热重及摩尔电导分析 ,初步研究了这些配合物的结构及性质     

基于相场法的高温烧结条件下等离子喷涂热障涂层微结构演化模拟

为提高航空发动机性能,热障涂层被广泛地用于涡轮叶片上.涂层在高温下服役时,会发生烧结,使涂层变得更加致密,从而不可避免地增加了热障涂层的弹性模量和热导系数,强烈地影响了涂层的耐用性、效率和性能.该文针对等离子喷涂制备的热障涂层,建立了涂层的二维真实微结构有限元模型,并运用相场模型研究了在1 400℃烧结条件下涂层微结构随时间演化的动态规律.计算结果表明:在烧结初期,涂层中微裂纹在最窄处迅速愈合,并开始形成不连续的单个小孔隙.烧结中期,前期由微裂纹产生的孔隙不断愈合,或者与相邻孔隙合并.烧结后期,涂层前期微裂纹大都形成了球形,孔隙间相对距离大,较小孔隙主要是以愈合的方式消失,涂层孔隙率随烧结时间的增加先迅速下降后趋于平稳.模拟的结果与实验结果相吻合.     

热障涂层损伤机理的热力化耦合理论与表征方法

热障涂层(TBCs)是提高发动机服役温度最切实可行的办法，航空发动机推重比、可靠性、热效率的任何一点进步都将依赖于热障涂层技术的发展.剥落失效是制约国际热障涂层发展与应用的重要瓶颈，这一瓶颈在我国尤为突出，但目前人们对热障涂层剥落失效的热力化耦合本质机制理解还很不透彻，缺乏合适的理论模型与分析方法来分析和控制涂层的过早剥落.针对“剥落失效”制约TBCs发展与应用的瓶颈问题提炼出热障涂层损伤机理的热力化耦合理论与实验方法的关键科学问题.基于该科学问题进行了详细的评述，包括建立TBCs破坏机制分析的热力化耦合理论模型，发展考虑实际几何形状、真实微观结构、复杂服役环境与热力化耦合理论模型的有限元模拟方法，结合TBCs热力化耦合破坏实验的研究，分析TBCs高温氧化、CMAS腐蚀、冲蚀，以及三者共同作用的热力化耦合破坏机理，提炼出影响TBCs剥落失效的关键因素.在此基础上，发展TBCs关键性能的表征方法，并建立关键因素与TBCs材料、工艺之间的关联，指导TBCs的优化设计与安全应用.最后提出了未来的重点研究方向.     

热喷涂3D打印制备孤立纳米YSZ厚热障 涂层的内应力演化特性的模拟计算研究

孤立厚涂层通常被用来测试涂层的热物理性能，如热膨胀系数、热扩散系数、比热容等.不同形状的孤立厚陶瓷涂层通常通过在不同形状的石墨模具上采用等离子体喷涂增材制造的方法制备.采用有限元“生死单元”模拟技术对3D打印增材制造过程中的纳米结构YSZ热障涂层的残余应力进行了有限元模拟.考虑了方形、圆柱形、六棱柱及星柱形四种结构的石墨模具，系统计算并比较了四种石墨模具制备的厚涂层的应力分布特征.研究结果表明：在厚涂层的侧面存在较大的压应力集中，最大压应力往往分布在柱的边角或边缘处.对于热喷涂3D打印圆柱状厚涂层，压应力连续分布在厚涂层侧面的环形面上.对于四种类型的厚涂层，热喷涂3D打印圆柱状厚涂层在x,y,z三个方向上最大压应力值最小，分别为-19.574 MPa,-19.565 MPa和 -56.569 MPa.且x,y,z三个方向上应力梯度变化最小（分别为0.169 MPa/mm,0.173 MPa/mm，0.0218×10-3 MPa/mm），而星柱型厚涂层x,y,z三个方向上应力变化梯度最大（分别为2.344 MPa/mm,14.092 MPa/mm，2.171 MPa/mm）.涂层的应力随着涂层厚度的增大而增大，且纳米结构涂层的应力低于传统结构涂层的应力.通过应力状态及应力大小的调控，将会促进YSZ涂层的铁弹性相变，进一步提高涂层的断裂韧性，从而有望进一步提高涂层的抗热震性能.     

石油焦吸附水中苯酚的特征和热力学研究

石油焦等温吸附水中苯酚 ,浓度较大时符合Langmuir等温式 ,浓度较小时符合Fre undlich等温式 .在 9～ 32℃之间 ,吸附热 ΔH ≈ 4 82 kJ·mol- 1,吸附熵 ΔS ≈ 52J·K- 1·mol- 1,吸附Gibbs自由能ΔG =- 9 89～ - 11 0 9kJ·mol- 1.     

稀土丙二酸类配合物的合成和体外抗癌活性的初步研究

合成了七个稀土丙二酸类配合物(RE2(C3H2O4)3,RE=Sm,Eu,Gd,Dy,Nd)、1,1-环丁烷二羧酸铕(Eu2(C6H6O4)3)和1,1-环戊烷二羧酸铕(Eu2(C2H8O4)3),其中1,1-环丁烷二羧酸铕和1,1-环戊烷二羧酸铕稀土配合物为首次报导。经元素分析、红外光谱、热分析确证了它们的组成为RE2A3·nH2O(n=6,3,2)。体外抗肿瘤活性实验表明有一定的细胞毒活性。     

供热运行调节及热网平衡

<正>一、热负荷建筑物采暖热负荷同室外气温、湿度、风向、风速等因素有关,室外气温有决定作用,在理论上,把热负荷看作室外温度的函数,即Q=f(tw)=K·F(tn-tW)。供热过程就是维持建筑物室内气温适宜人们工作、生活,维持建筑物得热与失热始终处于一个动态的平衡的过程。即热平衡方程式:Q=KF(tn-tw)=G·C(tg-th)·ρ/3600Q,热负荷W;K,建筑物传热系数W/m2·℃;F,建筑物外表面积㎡;tn,室内气温℃;tw,室外气温℃;C,水的比热J/kg·℃;G,采暖循环水流量m3/h;tg,供水温度℃;th,回水温度℃;ρ,水的密度kg/m3。     

气膜孔防堵塞方法研究

燃气轮机高温部件的气膜冷却是保障发动机安全运行的重要途径.在等离子喷涂过程中，涂层沉积会堵塞气膜孔，降低冷却效果.气膜孔的边缘是涂层应力最集中的地方，也是涂层脱落的发源地.金属黏结层材料NiCrAlY熔点低、延展性好，首先在孔边缘沉积，向孔中心收缩，形成喉部，是堵孔的主要来源；陶瓷涂层材料YSZ熔点高、延展性差，对堵孔的贡献相对较小.为了降低涂层沉积对气膜孔的堵塞作用，该文研究了3种方法：（1） 向气膜孔内部注入防粘胶，涂层制备结束后再将防粘胶清理出来；（2） 在制备涂层的过程中，从基体背部向气膜孔内通入压缩空气，阻止涂层在气膜孔边缘沉积；（3） 制备涂层后，用机械通孔的方法清理气膜孔边缘的涂层.这3种方法都能有效地降低涂层对气膜孔的堵孔率，但对涂层热循环寿命的影响有明显差异.气膜孔内通入适当流量的冷却气，有效降低了涂层在气膜孔边缘的沉积，提高了涂层的热循环寿命.机械通孔的方法使气膜孔边缘的涂层产生裂纹，涂层的热循环寿命明显降低.     

NO—O复合反应速率的激波管测量

本文叙述了用激波管测定NO—O复合反应速率的原理和方法。在激波速度为2.2公里/秒、试验气体密度ρ_5/ρ_0=2.0时,测定波长为400～900nm范围内,反应速率常数是2.85×10~(-14)厘米~3·分子~(-1)·秒~(-1)。     

(Pb_(1-x)Sr_x)TiO_3系红外敏感铁电陶瓷的研究

通过改变材料组分并掺杂一定浓度的ＭｎＯ２，制备了系列（Ｐｂ１－ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ＰＳＴ）红外敏感铁电陶瓷材料．对其电热性能如介电系数的温谱特性、频谱特性和热释电性能等进行了研究．结果表明，材料的居里温度随组分化学计量比的变化大致成线性关系，每增加 ｍｏｌ比１％的 Ｐｂ，将使居里温度提高约 ５℃．而随着测试频率的增加，居里温度与温度系数基本不变，但介电常数却略有下降．通过对ＰＳＴ系样品热释电性能的测量，可知材料的热释电系数约在 １０－３Ｃ／（ｍ２· Ｋ）量级．     

Keggin结构三取代杂多配合物氧化还原性质的研究

采用电化学方法研究钛和过氧钛三取代 :α -K8H2 [SiW9Ti3 O40 ]·1 5H2 O ,β -K7H3 [SiW9Ti3 O40 ]·1 5H2 O ,α -K9H3 [SiW9(TiO2 ) 3 O3 7]·1 2H2 O ,β -K8H2 [SiW9(TiO2 ) 3 O3 7]·1 0H2 O .K9[PW9Ti3 O40 ]·5H2 O和K9[PW9(TiO2 ) 3 O3 7]·6H2 O的氧化还原性质 .实验结果表明 :过氧型杂多配合物的氧化性大于非过氧型的氧化性 .对Keggin结构的同一类型杂多配合物 ,当中心离子不同时对其氧化性有影响 .当中心离子为P时其氧化性强 .对同一类型杂多酸盐 ,α和β两种异构体时 ,一般 β型的氧化性大于α型的氧化性 .     

Keggin结构过氧钛三取代杂多配合物的合成、表征及催化活性

合成了Keggin结构过氧钛三取代杂多酸盐 :α K9H[SiW9(TiO2 ) 3O37]·1 2H2 O ,β K8H2[SiW9(TiO2 ) 3O37]·1 0H2 O和K9[PW9(TiO2 ) 3O37]·6H2 O ,用IR、UV吸收光谱 ,极谱———循环伏安和1 83WNMR等测试方法对其性质、结构进行研究 ,结果表明 ,它们都是具有Keggin结构的过氧杂多配合物 ,TiO2 基团的引入将其极谱半波电位提高至 - 0 .3V以上 ,它们对顺丁烯二酸的H2 O2 环氧化反应具有显著的催化活性 .     

高锰钢铸件生产中镁橄榄石粉涂料的研制

镁橄榄石粉是一种新兴的造型材料,具有导热性能好,热膨胀缓慢均匀,不产生夹砂等特点;无游离的SiO2存在,无硅尘危害,浇注时无CO气体产生,生产环境良好;耐火度高(1 700℃),悬浮性好,易涂覆,涂层强度高,高温爆热不开裂,抗粘砂性能强,铸件表面光洁等优点.用镁橄榄石粉配制的涂料成功地生产了磁性衬板、电铲斗齿、球磨机衬板、格子板等10多种铸件,最大铸件300 kg,铸件表面光洁、平整、无粘砂.1主要原材料的要求镁橄榄石粉的化学成分及物理性能见表1和表2.2镁橄榄石粉涂料的配制涂料在消失模铸造中有着重要的作用,它能提高泡沫塑料模样的强度和…     

(Pb1-xSrx)TiO3系红外敏感铁电陶瓷的研究

通过改变材料组分并掺杂一定浓度的MnO₂,制备了系列(Pb_1-xSr_x)TiO₃(PST)红外敏感铁电陶瓷材料.对其电热性能如介电系数的温谱特性、频谱特性和热释电性能等进行了研究.结果表明,材料的居里温度随组分化学计量比的变化大致成线性关系,每增加mol比1%的Pb,将使居里温度提高约5℃.而随着测试频率的增加,居里温度与温度系数基本不变,但介电常数却略有下降.通过对PST系样品热释电性能的测量,可知材料的热释电系数约在10^-3C/(m²·K)量级.     

C194铜合金热压缩变形流变应力

在Gleeble-1500热模拟机上对C194铜合金在应变速率为0.01～10s~(-1)、变形温度为650～850℃条件下的流变应力行为进行了研究.结果表明:在实验范围内,C194铜合金热压缩变形时发生明显的动态再结晶;用Zener-Hollomon参数的指数函数形式能较好的描述C194铜合金高温变形时的流变应力行为;所获得的应变速率ε解析表达式中,参数A和β值分别为6.35×10~9 s~(-1)和0.119 MPa~(-1);其热变形激活能Q为316.11 kJ/mol.     

5182铝合金热压缩变形流变应力

在Gleeble -15 0 0热模拟机上对 5 182铝合金在应变速率为 0 .0 5 -2 5S- 1 ,变形温度为 3 0 0～ 5 0 0℃条件下的流变应力行为进行了研究 .结果表明 :在实验范围内 ,5 182热压缩变形时均存在较明显的稳态流变特征 ;在高应变速率 ( ε =2 5S- 1 )下 ,当变形温度为 3 0 0℃时 ,流变应力出现了明显的峰值应力 ,表现为连续动态再结晶特征 ;可采用Zener-Hollomon参数的的双曲正弦函数来描述 5 182铝合金高温变形时的流变应力行为 ;获得的流变应力σ解析表达式中A、α和n值分别为 2 1.3 6× 10 1 1 s- 1 、0 .0 17MPa- 1 和 5 .2 3 ;其热变形激活能Q为 195 .86kJ mol.