稀土掺杂热障涂层材料分立成分样品的高通量 X 射线表征

随着科研人员对材料科学研发的不断投入, 高通量 X 射线表征技术的广泛应用极大提高了新材料的研发效率. 高通量 X 射线表征技术是材料基因组工程研究的重要工具. 设计了高通量 X 射线表征系统, 研究了不同含量稀土元素掺杂热障涂层材料对其结构相稳定性的影响. 样品台可进行高精度 $x$-$y$ 二维平面平动, 在保证数据样品质量的情况下,仅用极短时间就能测试多个分立样品.     

X射线荧光光谱法测定稀土氧化物及其伴生稀土元素

以氧化钕为主成分其它稀土元素为杂质的样品为例，采用氧化制片的方法对稀土类样品直接测定，方法简便、快速、准确可靠。测定范围０．０１％￣１００％。     

材料的高通量制备与表征技术

 经过40 年的发展,材料高通量制备与表征技术已取得了较大的进展,并被证明可有效地加速材料研发-应用进程,因此被列为材料基因组计划的三大技术要素之一。本文简要回顾材料高通量实验技术的发展历程,阐述高通量实验在材料基因组技术中的地位与作用,系统介绍一系列有代表性的高通量制备与表征技术,并指出一些高通量实验方法的应用局限。对未来面临的挑战与发展趋势进行了分析展望,重点介绍基于同步辐射、散裂中子源等大科学装置以及基于材料非均匀性本质的原位统计映射表征解析等发展新一代材料原位实时高通量制备、表征与分析技术的新思路,以期为中国材料基因组技术的跨越式发展提供参考。     

混合稀土样品特征X射线强度增量的扣除

研究稀土元素的特征X射线谱线之间重迭干扰情况,提出了扣除强度增量的计算方法。     

基体曲率对热障涂层残余应力的影响

导出了轴对称温度应力状态下的位移公式。采用空心和实心四相同心圆模型分析了基体曲率对热障涂层残余应力的影响。结果表明：热障涂层结构中各层内既有环向应力,又有径向应力,应力大小与温降成线性关系;当陶瓷层在外层时,在氧化层／陶瓷层和粘结层／氧化层界面上产生垂直界面的拉应力,且实心模型的拉应力远大于空心模型的拉应力;当陶瓷层在里层时,空心模型中相应界面上的应力为压应力。     

基体曲率对热障涂层残余应力的影响

导出了轴对称温度应力状态下的位移公式,采用空心和实心四相同心圆模型分析了基体曲率对热障涂层残余应力的影响。结果表明:热障涂层结构中各层内既有环向应力,又有径向应力,应力大小与温降成线性关系;当陶瓷层在外层时,在氧化层/陶瓷层和粘结层/氧化层界面上产生垂直界面的拉应力,且实心模型的拉应力远大于空心模型的拉应力;当陶瓷层在里层时,空心模型中相应界面上的应力为压应力。     

La1-xSrxTiO3薄膜的高通量X射线衍射

高通量材料合成方法和高通量材料表征手段区别于传统低效率的“试错法”材料发展方法,极大地加速了材料科学的变革和发展.通过设计程序进行了高通量X射线衍射实验,在保证数据分辨率条件下,高效地表征了La_1-xSr_xTiO₃薄膜上多个数据位点的晶体结构,验证了其成分的连续变化性质,为后续开展更多类型的高通量X射线衍射实验提供了指导.     

基于X射线荧光的铝硅共渗涂层厚度测量研究

铝硅共渗涂层常喷涂于发动机高温叶片表面，涂层的防护对于延长发动机叶片的使用寿命至关重要。X射线荧光无损检测技术能快速便捷地监控涂层厚度情况，但是目前这种方法对于多元素双层膜铝硅共渗涂层厚度的检测不准确。为了进一步研究多元素双层膜铝硅共渗涂层厚度与X射线荧光检测值的关系，基于X射线荧光无损检测技术提出了一种方法来减小X射线荧光测量数据的误差，再通过验证钼元素荧光对数值与第1层膜厚度之间的线性关系来确定这种方法的可行性，最后基于X射线荧光吸收与发散的原理，拟合出中间层膜的厚度与钼元素荧光之间的计算模型。得出以下结论：当膜中钼元素质量分数大于基底中该元素质量分数时，随着膜厚度值的增加，仪器接收到的荧光效应先减弱再增强，临界值大约为14.3 μm，小于该临界值的铝硅共渗涂层，涂层元素相互渗透对厚度测量的影响不可忽视。     

铝基体上功能梯度热障陶瓷涂层的研究

我们采用等离子喷涂技术对铝基表面进行改性,设计梯度结构的ZrO2和Al2O3涂层。分别对不同金属粘结层材料：Ni、Ni-AI、Ni-Cr-Al、NiCoCrAIY和电沉积Ni＋NiCoCrAIY进行结合强度试验。AI2O3和ZrO2梯度陶瓷涂层分别以三层和四层结构抗热冲击性能较强。     

热辐射对双陶瓷层热障涂层的隔热影响

基于热传导、热对流和热辐射理论建立了双陶瓷层热障涂层不透明和半透明物理模型,采用有限元ANSYS软件模拟了稳态温度场.双陶瓷层在不透明时,顶层厚度增加,顶层上表面温度线性增加,第二层和黏结层上表面温度线性降低.在半透明性弱时,与不透明情况类似.在半透明性强时,顶层上表面温度略低于不透明时,第二层上表面温度高于不透明时,黏结层上表面温度先快速后缓慢降低再保持不变,且远高于不透明时.     

热障涂层热不匹配残余应力的分析研究

广泛应用于高温部件的热障涂层,在热载荷作用下各层间所集聚的残余应力是导致其层裂和失效的重要原因。针对热障涂层由于热不匹配产生的残余应力,建立了相应的平面应变模型,研究了温度与涂层厚度对界面残余应力和陶瓷层内最大残余应力分布的影响。结果表明,陶瓷层内的残余应力主要表现为横向压缩应力,且最大值位于距陶瓷层表面1/3厚度处;界面残余应力相对较小,但在自由边界处有应力集中现象;随着温度的升高应力值在增大,陶瓷层厚度增加会改变结构厚度方向上的应力分布,且厚度增加使陶瓷层内残余应力值和界面残余应力值减小。     

多晶粉末样品热膨胀的X射线衍射测量

利用X射线衍射方法精确测量了2：17型稀土化合物Nd2AlFe15Mn的晶胞参数及热膨胀系数并研究了其结构特征．结果表明，室温下，Nd2AlFe15Mn化合物具有单相的Th2Zn17型菱方结构（空间群为R3m）．对该化合物晶格常数的测量误差可以达到10^-4，基本上可满足对一般位移型相变测量要求的精度．     

室温合成硒化银纳米粒子及其X射线光电子能谱表征

在室温下制备了硒化银纳米粒子,本过程选用了新型的还原剂多聚甲醛。所得产物用X射线光电子能谱、X射线粉末衍射和透射电镜进行了表征。     

热障涂层失效的无损检测与评价研究进展

热障涂层作为航空发动机高温部件的关键材料,其质量和性能的无损检测与评价是热障涂层研究领域中急需解决的关键问题。系统回顾了热障涂层无损检测技术与方法的发展历史与研究现状,重点介绍了热障涂层TGO与残余应力的无损检测技术及其未来的发展方向。     

等离子喷涂热障涂层的屈曲失效分析

在工作环境中,典型的等离子喷涂热障涂层结构会在陶瓷层和氧化层界面出现分层现象,导致冷却过程中受面内压应力作用的陶瓷层发生屈曲和剥落失效现象.本文采用能量方法建立了分层后陶瓷层(边界固支单层板)屈曲的临界条件,分析了分层形状、陶瓷层面内应力、弹性模量、厚度对临界条件的影响.这些结果可为考虑陶瓷层屈曲失效的寿命预测模型提供一定的理论依据.     

基于数字图像处理技术的热障涂层形貌特征识别方法

针对人工检测热障涂层形貌特征所具有的繁复性、误差大等缺点,提出一种利用机器视觉自动化识别热障涂层形貌特征并计算形貌特征参数的方法.完成了基于数学形态学的片层轮廓自动提取及铺展形貌参数的计算,用最大类间方差法求取二值分割阈值,运用均值滤波和形态学操作为图片去噪并保证单个片层的连通性,通过轮廓提取来获得片层边缘信息,最后根据所提取出的轮廓计算片层的实度参数.同时,进一步完成了基于遍历搜索的热障涂层中裂纹的自动识别及长度计算.首先,识别出图像中的片层并去除,运用闭运算完成断裂裂纹的修复,通过图像细化得到裂纹骨架;然后,遍历搜索每条裂纹,完成长度计算.结果表明,采用所提出方法检测片层轮廓和识别裂纹的效果良好,具有较好的抗噪声干扰能力,可以精确计算出形貌特征参数,对研究热喷涂熔滴在基材表面的沉积行为有重要的推动作用.     

X射线衍射技术及其在材料表征实验的研究综述

X射线衍射技术是一种不损害材料、无污染、精确测量并能得到样品完整结构信息的测量技术,在材料研究的众多领域得以应用。该文主要介绍了X射线衍射的产生及其工作原理,从物相分析、应力测量、晶粒尺寸和结晶度测量等方面概述了该技术在材料结构表征中的应用。     

航空发动机叶片表面热障涂层温度分布的仿真分析

采用有限元固体热传导仿真模型分析航空发动机导向叶片表面热障涂层(TBC)的温度特性;采用工程实验的通用模型,输入因变量(Input)→仿真模型和边界条件(Process)→输出变量(Output),进行热障涂层的实验设计;比较了几种热涂层材料(如ZrO2系列TBC)的隔热性能,分析了不同的基底与TBC厚度下隔热性能的变化情况.同时,通过计算机仿真方法探讨了国内外相关文献中的TBC隔热效果的差异性.结果表明,温度边界条件对于准确估算TBC的隔热效果至关重要.在对比TBC的隔热性能时,需对测温环境进行标定.     

基于数字图像处理技术的热障涂层形貌特征识别方法

针对人工检测热障涂层形貌特征所具有的繁复性、误差大等缺点, 提出一种利用机器视觉自动化识别热障涂层形貌特征并计算形貌特征参数的方法. 完成了基于数学形态学的片层轮廓自动提取及铺展形貌参数的计算, 用最大类间方差法求取二值分割阈值, 运用均值滤波和形态学操作为图片去噪并保证单个片层的连通性, 通过轮廓提取来获得片层边缘信息, 最后根据所提取出的轮廓计算片层的实度参数. 同时, 进一步完成了基于遍历搜索的热障涂层中裂纹的自动识别及长度计算. 首先, 识别出图像中的片层并去除, 运用闭运算完成断裂裂纹的修复, 通过图像细化得到裂纹骨架; 然后, 遍历搜索每条裂纹, 完成长度计算. 结果表明, 采用所提出方法检测片层轮廓和识别裂纹的效果良好, 具有较好的抗噪声干扰能力, 可以精确计算出形貌特征参数, 对研究热喷涂熔滴在基材表面的沉积行为有重要的推动作用.