NiCuAl/hBN复合涂层与TC4钛合金的界面扩散性能

采用离心喷雾造粒、手工包覆和固相合金化技术制备了Ni Cu Al/hBN包覆型复合粉体,进而以TC4钛合金为基体并采用大气等离子喷涂技术制备了Ni Cu Al/hBN可磨耗封严涂层材料,通过SEM、XRD和马弗炉对粉体和涂层的显微结构、物相组成和界面扩散性能进行了表征。结果显示:Ni Cu Al/hBN粉体呈球状,主晶相为Ni Cu Al相和hBN相。Ni Cu Al/hBN涂层为典型的层状结构,各层间结合良好。随着温度的升高,涂层中的金属元素向钛合金基体扩散的速度明显增大。900℃时,扩散层中心出现了富Ni的Ni Ti Al合金区域。     

等离子喷涂CuAl/hBN的表面氧化及与钛合金的界面渗透性能

采用等离子喷涂设备在钛合金表制备了CuAl/hBN涂层,对该涂层的显微结构、表面氧化及与钛合金的界面渗透性能进行了研究,结果发现：CuAl/hBN涂层呈典型的层状结构,各层间结合良好。涂层经800 ℃恒温氧化30 min后,表面从外到内分为Cu和CuO、CuO、CuO和Al2O3三层,涂层中的Cu、Al均向钛合金基体渗透,渗透深度约为5~10 μm,并在富Cu区域中形成了Ti-Cu合金。     

TC4钛合金沉积NiCrAlY涂层的氧化行为

采用电弧离子镀（AIP）技术在TC4（Ti-6Al-4V）钛合金基体表面沉积制备NiCrAIY涂层,测定TC4钛合金和NiCrAIY涂层在700-900℃的氧化动力学曲线。通过扫描电镜（SEM）、能谱（EDS）分析与X射线衍射分析（XRD）研究TC4钛合金和NiCrAIY涂层氧化前后物相组成和组织形貌,讨论氧化过程中元素的扩散行为。结果表明：在700-900℃静态空气中氧化100h,NiCrAIY涂层能明显提高TC4钛合金的抗氧化性能,TC4钛合金氧化后形成A12O3层和TiO2层交替出现的氧化膜层;经700和800℃氧化后,NiCrAIY涂层保持其原始的相组成,但在表面形成Al2O3和Cr2O3混合氧化膜;经900℃氧化后,氧化膜由Al2O3和TiO2组成;经700℃氧化时,主要发生Ti和Ni两种元素的扩散;经800和900℃氧化时,由于Ti及Ni元素的剧烈扩散,界面附近出现Kirkendall疏孔带和约100μm的β相稳定区;经900℃氧化时,Ti扩散到涂层表面形成氧化物导致氧化速率提高,Cr元素开始向基体扩散并在近界面处富集。     

大气等离子喷涂CuAl/hBN表面氧化及与钛合金界面渗透性能

采用等离子喷涂设备在钛合金表制备了Cu Al/h BN涂层,对该涂层显微结构、表面氧化及与钛合金的界面渗透性能进行了研究,结果发现:Cu Al/h BN涂层呈典型层状结构,各层间结合良好。涂层经800℃恒温氧化30 min后,表面从外到内分为Cu+Cu O、Cu O、Cu O+Al_2O_3三层,涂层中的Cu、Al均向钛合金基体渗透,渗透深度约为5~10μm,并在富Cu区域中形成了Ti-Cu合金。     

钛表面改性Al/NiCu组合涂层反应机理及抗氧化性能

采用等离子结合电弧喷涂的工艺方法在工业纯钛表面制备了Al/Ni Cu组合涂层,在700℃的大气环境下对Al/Ni Cu/Ti试件进行加热处理,使得Al、Ni Cu复合涂层之间发生扩散反应并原位生成具有一定抗高温氧化性能的Ni-Al金属间化合物涂层。对加热改性处理前后涂层的微观组织及Ni-Al金属间化合物的形成机理进行了研究,并对经加热和打磨处理后的Al/Ni Cu/Ti试件及无防护涂层的Ti块进行了800℃/100 h的高温氧化试验。研究结果显示,Ti基体表面Al/Ni Cu涂层经700℃炉中加热改性处理后,Al、Ni Cu涂层间可发生扩散反应并原位生成Ni Al3、Cu Al2、Ni2Al3及含有一定Cu元素的Ni Al金属间化合物,但只有高熔点的Ni Al金属间化合物能够始终稳定地存在,且此金属间化合物对Ti基体起到了较好的高温防护作用。     

纯钛表面多步合成Ti-Al梯度抗氧化涂层

以TA2工业纯钛为基体材料,通过微弧氧化技术及磁控溅射技术在TA2基体表面分别制备了氧化钛薄膜和金属铝涂层,从而形成Ti/TiO2/Al结构试样,然后进行500℃×4 h的真空扩散热处理,研究了TA2纯钛基体表面Ti、Al元素梯度过渡的复合抗氧化涂层的形成机制,以及涂层在700℃下的循环氧化性能。结果表明,Ti/TiO2/Al试样中的金属Al涂层在500℃的真空热处理过程中,不仅能够扩散至Ti基体内形成Ti-Al系列金属间化合物,而且能与TiO2中间层发生化学反应形成TiAl3+Ti Al+Al2O3复合涂层。TA2纯钛基体表面形成Ti-Al梯度抗氧化涂层后,在700℃大气环境中循环氧化50次后的氧化增重仅为无涂层试样的1/10。     

不同加热环境下钛表面Ni/Al涂层制备与高温氧化性

目的 研究大气与真空加热处理后Ni/Al涂层的金属间化合物析出规律,以及扩散层的生长速度,从而确定涂层的抗氧化性能。方法 分别采用电弧喷涂技术和等离子喷涂技术在纯钛基体表面制备Ni/Al涂层。将样品分别在大气条件和真空条件下进行加热处理,使Ni/Al涂层原位反应生成Ni-Al金属间化合物,并进行涂层抗氧化性试验。结果 Ni/Al涂层在大气环境700 ℃加热处理后,形成以Al2O3、Ni2Al3和富Al相NiAl3相为主的扩散层;在真空环境700 ℃加热处理后,形成以Ni2Al3、NiAl3相为主的扩散层。通过扩散反应动力学分析发现,真空热处理比大气热处理后Ni和Al之间的反应扩散系数更高,扩散系数为89.731 μm²/h。氧化增重试验表明,真空处理后,Ni/Al涂层由于金属间化合物层较厚,且具有大量的高熔点的Ni2Al3相,并且经过800 ℃下氧化200 h后,涂层未发生失效。结论 真空环境下加热处理原位反应后,Ni/Al复合涂层的扩散速率更高,更容易形成Ni-Al金属间化合物,获得更厚的金属间化合物层。与大气热处理相比,经过真空热处理后的涂层有更良好的抗高温氧化能力。     

爆炸喷涂工艺制备Al_2O_3/NiCoCrAlYTa复合涂层的高温氧化研究

采用爆炸喷涂方法在Q235B钢基体上制备了Al2O3/NiCoCrAlYTa陶瓷/金属复合涂层,并在700℃和900℃下对喷涂试件进行加热氧化试验。用扫描电子显微镜、能谱分析仪和X射线衍射仪对涂层的组织和相组成进行了分析,并对元素扩散情况进行研究。结果表明,涂层组织致密,界面结合良好,无剥落、局部起伏嵌合状态;涂层表面有少量孔隙,孔隙率小于1%;经过加热的组织中存在部分深色带状或点状Al2O3相,随着温度升高和氧化时间的延长,有增多的趋势。在整个加热过程中,涂层中的元素较少向基体扩散,但可以观察到部分Al元素存在迁移,O元素未进入到基体,证明该方法制备的陶瓷/金属复合涂层对基体有较好的保护效果。     

真空热处理对NiCrAlY涂层／钛合金基体体系的影响

采用电弧离子镀(AIP)技术在耐热钛合金(近TC6)基体表面沉积制备NiCrAIY涂层.通过OM、SEM与EDS、XRD分析研究不同真空热处理制度对NiCrAlY涂层/钛合金基体体系的影响.结果表明:经650℃真空热处理后,NiCrAlY涂层中开始有γ'-Ni3Al相析出,750℃时含量增加,870℃时含量明显减少;从650℃开始,NiCrAlY涂层/钛合金基体开始发生界面反应,随着温度的升高,界面分层并加厚同时出现裂纹,在870℃下,NiCrAlY涂层,钛合金基体界面由外至内出现Ni3(Al,Ti)、TiNi和Ti2Ni中间化合物层;在750℃下,主要发生了Ni、Ti元素的扩散,Cr元素在870℃开始发生扩散.当温度升高到950℃时,由于Ni、Ti元素大量互扩散导致宏观疏空带出现,同时在基体和界面反应层交界处出现裂纹,这些都将引起涂层的退化失效.     

TC4钛合金微弧氧化-溶胶凝胶复合涂层的制备及其抗高温氧化性能

为了提高钛合金的使用温度,设计并制备了一种微弧氧化(MAO)-氧化钇稳定氧化锆(YSZ)的陶瓷复合涂层。采用微弧氧化(MAO)技术在TC4钛合金基体表面原位生长出一层氧化铝陶瓷层(TM涂层),然后采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)在MAO层的基础上制备低导热系数的钇稳定氧化锆(YSZ)涂层,最终制备出MAO-YSZ复合涂层(TMY复合涂层)。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析涂层的相结构、组织形貌和成分,并测定了TC4、TM涂层以及TMY复合涂层在700℃下的氧化动力学曲线。结果表明:TMY复合涂层外层以ZrO2为主,内层主要为Al2O3。具有TMY复合涂层的钛合金在700℃下氧化100h后其氧化增重仅为无涂层钛合金的14%,说明TMY复合涂层可以显著提高钛合金的抗高温氧化性能与使用温度。     

Y_2O_3改性细晶Ni_3Al合金涂层在900℃下的循环氧化性能

将Ni-Al和Ni-Al/Y2O3复合镀层分别在800°C下扩散3h制备纯Ni3Al和Y2O3改性的Ni3Al合金涂层,对其显微组织和氧化性能进行对比研究。SEM/EDAX和TEM分析表明,涂层中Y2O3的加入抑制了合金化过程中基体晶粒的长大。在900°C下循环氧化100h的结果表明,Y2O3的加入明显提高了Ni3Al合金涂层的抗循环氧化性能。对Y2O3影响Ni3Al涂层的结构和氧化性能的机理进行了分析。     

SiC纤维表面扩散障碍涂层对SiCf/Ni复合材料界面反应的影响

分别采用高温氧化和真空电弧离子镀法在SiC纤维表面制备出C-Al2O3和SiO2-Al2O3复合涂层,通过真空热压法制备出SiCf/Ni复合材料.经过850-950℃,150 h真空热处理后,复合涂层很好地保护了纤维的完整性,涂层中的Al2O3层与基体Ni界面结合良好,有效地阻挡了SiCf/Ni界面处元素互扩散.C-Al2O3涂层的C层出现了扩散现象,但涂层基本保持完整;SiO2-Al2O3涂层中SiO2层与纤维结合界面处萌生裂纹.C-Al2O3与SiO2-Al2O3复合涂层相比具有更好的阻挡界面处元素互扩散的作用.     

锆合金表面Mo/Al/Cr复合涂层的抗高温水蒸气氧化性能

锆合金是重要的核燃料包壳材料,在包壳表面沉积抗高温水蒸气氧化涂层是在失水事故中避免核泄漏的有效途径,然而涂层在高温氧化过程中存在氧化产物不稳定及界面扩散问题。用磁控溅射的方法在Zr-4合金表面沉积Mo/Al/Cr复合涂层,拟利用Al层生成氧化铝提升抗氧化温度上限,利用Mo层阻挡Al与Zr-4基体的扩散。用SEM表征涂层的表面及横截面形貌,利用XRD分析涂层物相结构,用纳米压痕的方法评价涂层的力学性能,用管式炉连接水蒸气发生器来评价涂层的抗高温水蒸气氧化性能。结果表明：在锆合金表面制备的Mo/Al/Cr复合涂层与基体结合良好,结构完整,界面清晰,硬度高于Zr-4合金基体。在高温水蒸气氧化试验中,复合涂层中的Al会发生熔融,导致涂层结构的破坏而不能生成连续致密氧化铝膜。在Cr层、Al层失效的情况下,Mo层可以有效阻挡Al及O元素向基体内部扩散。探讨了Al作为抗氧化层及Mo作为扩散阻挡层的可行性,试验结果可为核燃料包壳涂层的设计选材提供借鉴和支撑。     

PCrNi3MoVA钢表面溅射NiCrAlY涂层的高温氧化行为

用磁控溅射方法在PCrNi3 MoVA钢表面制备NiCrAlY涂层,涂层在空气中850 ℃恒温氧化100 h,借助XRD、SEM和EDAX对涂层表面氧化膜进行分析,检测其恒温抗氧化能力.结果表明,涂层大大提高了基体的抗氧化性,涂层表面主要生成了与基体粘附性好的Al2O3氧化膜,在柱状晶间隙较大处生成了NiCr2O4氧化膜与Fe2O3氧化膜;同时涂层的Ni元素与基体的Fe元素发生了明显的互扩散,而Cr元素在界面富集,Al元素主要集中在表面和界面,与氧发生反应生成Al2O3.     

真空热处理对Ti6Al4V基体/NiCrAlY涂层体系组织结构及元素扩散行为的影响

采用电弧离子镀(AIP)技术在Ti6Al4V基体表面沉积制备了NiCrAlY涂层. 通过金相观察(OM)、扫描电镜(SEM)与能谱(EDS)分析、 X射线衍射(XRD)分析以及显微硬度测试, 研究了真空热处理对NiCrAlY涂层组织性能的影响, 讨论了Ti6Al4V基体/NiCrAlY涂层界面元素扩散规律. 结果表明: 700.℃真空热处理后, NiCrAlY涂层中开始析出γ′-Ni3Al相, 这提高了涂层的表面硬度; 在700.℃温度下, Ti6Al4V基体/NiCrAlY涂层界面由外至内出现Ni3(Al,Ti)、 TiNi和Ti2Ni中间化合物层, 并随着温度提高, 界面处中间化合物层增厚; 700.℃时, 主要发生了镍、钛元素的扩散, 铬元素在870.℃开始发生扩散. 当温度提高到950.℃后, 由于镍元素大量向Ti6Al4V基体扩散引起涂层的退化失效.     

hBN含量对NiCr/Cr_3C_2-hBN复合涂层抗热震性能和氧化性能的影响

为了提高NiCr/Cr3C2复合涂层的摩擦性能,在涂层中加入了hBN作为固体润滑剂,研究了hBN含量对涂层抗热震性能和氧化性能的影响。采用大气等离子喷涂技术制备了hBN含量分别为0%、2.5%、5%、10%和20%的NiCr/Cr3C2-hBN复合涂层,并研究了复合涂层在700、800和850℃的抗热震性能和在850℃的恒温氧化性能。结果表明:NiCr/Cr3C2-hBN复合涂层呈层状结构,各层之间结合良好;所有涂层在700、800和850℃水淬10次均未出现明显的裂纹和脱落现象,涂层抗热震性能均良好。涂层的氧化增重随着hBN含量的增加逐渐增大,96h后NiCr/Cr3C2-20%hBN涂层氧化非常严重。在850℃时,所有涂层的氧化动力学曲线均遵循抛物线规律。     

钛表面Al/NiCr复合涂层改性反应机理及抗氧化性能

目的 使Al/NiCr复合涂层之间发生改性反应,并原位生成具有一定抗氧化性能的Ni-Al金属间化合物防护涂层。方法 利用电弧喷涂结合等离子喷涂的工艺方法在工业纯钛表面制备了Al/NiCr组合涂层,对喷涂态Al/NiCr/Ti试件于炉中进行700 ℃加热改性处理,研究了加热改性处理前后涂层的微观组织形貌及Ni-Al金属间化合物的形成机理。此外,还对经加热和打磨处理后的Al/NiCr/Ti试件及无防护涂层的Ti块进行了800 ℃/100 h的高温氧化试验。结果 Ti基体表面Al/NiCr涂层经700 ℃炉中加热改性处理后,Al、NiCr涂层之间发生改性反应,并原位生成了固溶有一定Cr元素的Ni2Al3及NiAl金属间化合物。另外,在整个Al、NiCr扩散反应区中,弥散分布有Al液和Cr2O3、NiO组成的混合物组织。但是生成的Ni2Al3相金属间化合物有熔化现象发生,只有高熔点的NiAl金属间化合物能够稳定存在。结论 经改性反应所得的NiAl金属间化合物层对Ti基体起到了较好的高温防护作用。     

电泳-预氧化扩散处理法制备NiO/NiFe2O4涂层及其形成机制

先采用电沉积?电泳方法在Ni基体高温合金上制备电镀Ni/电泳Fe2O3复合涂层,再通过后续空气中进行的高温预氧化处理方法来获得NiO/NiFe2O4复合氧化物涂层。利用DSC、SEM、EDS和XRD等检测手段分析预氧化温度对涂层的结构、微观形貌、元素分布及相组成等影响,并对涂层形成的反应机理及预氧化动力学进行讨论。结果表明:经1 000、1 100和1 200℃下氧化4 h后,氧化膜中均生成NiO和NiFe2O4。氧化温度为1 000℃时涂层表面还存在没有参与反应的Fe2O3,但随氧化温度的升高,Fe2O3层随之消失。温度为1 100和1 200℃时氧化膜中的NiO、NiFe2O4相与镀Ni基体之间形成了冶金结合,并且通过扩散在NiO相内部形成了NiFe2O4析出相。Ni基体以及电镀Ni/电泳Fe2O3复合涂层在1 000℃预氧化时单位面积上的质量增加随时间增加,大体遵循抛物线规律,且电镀Ni/电泳Fe2O3复合涂层单位面积上的质量增加大于镀Ni基体的。涂层的厚度与氧化质量增加随预氧化扩散温度的提高而增加。     

(MCrAlY+AISiY)复合涂层的高温氧化行为

采用电弧离子镀技术在镍基高温合金K465上制备了(MCrAlY+AlSiY)复合涂层,分析了复合涂层的组织及结构,对比研究了NiCoCrAlYSiB单一涂层及(NiCoCrAlYSiB+AlSiY)复合涂层分别在1000及1100℃时的恒温氧化行为和从1000℃到室温的循环氧化行为.结果表明:退火后复合涂层外层主要由β-(Ni,Co)Al相及少量σ-NiCoCr和CraSi相组成,内层主要是富Cr相及少量β-(Ni,Co)Al相.氧化过程中由于Al的消耗,单一涂层表面生成了尖晶石和NiO,而复合涂层中的β-(Ni,Co)Al相退化成γ/γ'相,提供Al源支持表面Al2O3膜的形成和修复,从而提高了抗高温氧化性能.     

一种可内生Al_2O_3扩散障的δ-Ni_2Al_3-Cr_2O_3/Ni-Cr_2O_3涂层体系

通过对Ni-Cr2O3复合镀层620℃部分渗铝制备了δ-Ni2Al3-Cr2O3/Ni-Cr2O3涂层体系。Cr2O3颗粒在渗铝的过程中和Al反应生成更为稳定的Al2O3。1000℃恒温氧化20 h后发现,铝化物涂层和复合镀层内掺杂的Cr2O3颗粒完全转化为Al2O3,并在铝化物涂层/Ni镀层界面自发形成了一层Al2O3富集层,该富集层起扩散障作用,阻碍铝化物涂层因互扩散所致的退化。