TC4合金表面扩散渗硅涂层的高温氧化行为和失效机制

为提高钛合金的高温抗氧化性能,采用固体粉末扩散渗方法在其表面制备了扩散渗硅涂层,研究了涂层的组织结构、高温氧化行为和失效机制。结果表明,所制备涂层具有致密的多层梯度组织结构,主要由TiSi₂外层,TiSi中间层和Ti₅Si₄+Ti₅Si₃内层组成。高温氧化实验结果表明,涂层在850℃空气中氧化时表面形成了由SiO₂和TiO₂混合组成的保护膜,高温抗氧化性能优良;氧化过程中,涂层与基体合金中Si和Ti的互扩散引起氧化膜内TiO₂含量增加及Si源不足,导致氧化膜保护性变差;氧化产物与涂层之间较高的P-B比、氧化膜与涂层组织间热膨胀系数不匹配导致了氧化膜开裂和剥落。     

镍基高温合金GH202表面纳米陶瓷涂层抗高温氧化性能研究

为了弥补高温合金抗高温氧化性能的不足,解决高温力学性能与抗高温氧化性之间的矛盾,在高温合金GH202合金表面增加含纳米高温陶瓷涂层CXM98-1,通过氧化动力学实验和能谱分析技术对涂层/基体合金体系的抗高温氧化性能进行了研究.实验结果得出:含纳米陶瓷涂层能有效的阻滞合金的高温氧化进程,极大的提高了合金的耐高温抗氧化性能.不论有无涂层,在900℃长时间扩散退火过程中,氧均通过涂层或金属表面向基体合金进行扩散,基体合金中的Cr、Al元素向涂层/基体合金界面上坡扩散,环境中氧原子通过涂层向基体合金扩散,在界面处靠涂层一侧主要形成Cr2O3扩散层,界面的基体一侧主要形成Al2O3晶间氧化层;有涂层与无涂层试样的区别在于氧的扩散速率和扩散通量存在快慢、大小的差别.     

TiAl合金表面EB-PVD制备热障涂层及高温抗氧化性能

利用EB-PVD技术在Ti Al合金表面制备了扩散铝/YSZ热障涂层。采用SEM、EDS和XRD分析了涂层原始及高温氧化后的微观组织及相组成,并测试了高温氧化性能。结果表明:涂层表面YSZ层为致密柱状晶结构,由非平衡四方相t′-ZrO_2组成。Ti Al合金沉积了扩散铝/YSZ热障涂层后高温氧化性能显著提高,氧化动力学曲线呈对数变化规律,900℃高温氧化时,氧化速率为2.2×10~(-5) mg/cm~2·h。1000℃高温氧化时,氧化速率为1.14×10~(-3) mg/cm~2·h。在高温氧化过程中,粘结层与基体之间发生元素扩散,膜基界面消失。在面层与中间粘结层之间形成了均匀连续的热生长氧化物层TGO。     

Ti-Al合金表面热喷涂铝涂层的抗高温氧化性能

利用火焰热喷涂在Ti-Al合金表面喷涂铝涂层,通过金相显微镜、扫描电镜(SEM)观察及显微硬度测试等方法研究了铝涂层在850℃下的抗高温氧化性能。结果表明,涂层基体界面处平直,结合较好,主要为机械结合;在氧化过程中由于Al和Ti之间的相互扩散,形成了冶金结合的扩散层。高温氧化后,扩散层硬度明显提高,有涂层试样氧化速率明显低于无涂层的试样,其抗高温氧化性能好。     

Ti-Al合金表面热喷涂铝涂层的抗高温氧化性

利用火焰热喷涂在Ti-Al合金表面喷涂铝涂层,通过金相显微镜、扫描电镜（SEM）观察及显微硬度测试等方法研究了铝涂层在850 ℃下的高温抗氧化性能。结果表明,涂层基体界面处平直,结合较好,主要为机械结合;在氧化过程中由于Al和Ti之间的相互扩散,形成了冶金结合的扩散层。高温氧化后,扩散层硬度明显提高,有涂层试样氧化速率明显低于无涂层的试样,其高温抗氧化性能好。     

MCrAlY高温防护涂层界面扩散行为研究进展（英文）

MCr Al Y涂层在高温环境下可在涂层表面生成致密连续的氧化层,以阻止阳离子和氧离子的扩散,在保护镍基高温合金基体免受高温氧化和腐蚀方面发挥着重要作用。氧化层主要由α-Al_2O_3组成,其具有较高的热稳定性和化学稳定性,同时在其六方密堆积(HCP)结构中氧离子和金属离子具有较低的扩散系数。随着氧化铝层的生长,使得涂层/氧化层界面铝浓度降低,进一步抑制了连续的Al_2O_3层的生长,导致氧化层中形成混合氧化物和裂缝以及空隙。同时,伴随着界面扩散过程,使得氧化层的微观结构因化学成分的变化而转变,这将对涂层的抗氧化性能产生显著影响。在高温条件下,由于扩散的热活化特性及涂层与基体化学成分的差异,涂层/镍基合金基体界面扩散过程将对基体合金产生有害影响。此时,Al会从涂层内扩散至基体合金中,同时Ni会从基体合金扩散至涂层中,使得基体合金的微观结构发生相转变(γ-Ni相→γ'-Ni_3Al相),形成互扩散区(IDZ)。镍基合金微观结构的相转变使得难熔元素析出,形成二次反应区(SRZ),其主要由富含难熔元素的拓扑密堆积(TCP)相组成,例如σ、μ和Laves相等,且具有枝状晶结构。因此,TCP相的析出将会对镍基合金的高温疲劳寿命产生严重影响。本文综述了MCr Al Y涂层界面扩散的详细过程,同时对界面扩散过程的影响进行了总结。这将有利于深入了解涂层在氧化过程中的组织结构变化和元素扩散行为,对提高涂层的高温抗氧化性能及研究涂层的失效机理具有借鉴意义。     

扩散铝涂层的制备及其对γ-TiAl基体的防护

采用电弧离子镀在γ-TiAl基体上镀铝后进行扩散处理，制备出了扩散铝涂层，涂层与基体结合良好，无贯穿性裂纹，EDX和XRD分析表明涂层由厚的TiAl3外层和薄的TiAl2内层构成．900℃空气中的高温氧化实验结果显示：γ-TiAl氧化后生成了疏松多层的Ti和Al氧化物的混合物，其抗高温氧化性能很差；施加扩散铝涂层后，高温下生成了一层连续致密的Al2O3膜，抗氧化性能显著提高，同时讨论了涂层的氧化和退化机制．     

K444合金铝硅渗层的高温氧化行为分析

采用料浆法在K444镍基高温合金表面制备Al-Si涂层。依据HB5258-2000《钢及高温合金抗氧化性测定试验方法》标准,采用静态增重法对有涂层试样和无涂层试样进行了1000℃×200 h抗高温氧化性能试验,并绘制了氧化动力学曲线。用能谱扫描电镜对渗层原始组织和氧化膜的截面形貌进行分析,研究有无涂层试样在高温氧化过程中的元素扩散。结果表明带有Al-Si涂层的K444合金具有良好的抗高温氧化能力。     

Cr涂层Zr-4合金包壳的高温空气氧化/扩散行为

目的 在Zr合金包壳表面制备Cr涂层,以提高Zr合金包壳在事故环境下的抗高温氧化性能。方法 采用多弧离子镀技术在Zr-4合金包壳上制备约17 μm的Cr涂层,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散光谱(EDS)和电子探针(EPMA)等方法,分析试样氧化前后的相组成、微观形貌和扩散行为,并评估试样在1 100、1 200、1 300 ℃空气环境中氧化后的高温氧化性能。结果 沉积态Cr涂层显微结构致密均匀,(110)面有很强的织构。Cr涂层在高温空气中氧化60 min后,保持了涂层结构完整性。氧化后的Cr涂层Zr合金系统均为多层结构,包括外部Cr2O3层、中间Cr涂层、内部Cr-Zr扩散层和Zr合金基体。在涂层/基体界面上形成了具有Laves相的金属间ZrCr2扩散层,ZrCr2层下方的区域出现了大量分散的沉淀相。在Cr-Zr中间层和Zr合金界面处的不对称原子扩散导致Kirkendall空位生成,空位的聚集和合并导致空穴的形核和生长。结论 Cr涂层表面形成了致密的Cr2O3层,提高了Zr-4合金的抗高温氧化性能。通过研究高温空气中Cr涂层Zr-4合金包壳材料的高温空气氧化/扩散行为,可为耐事故涂层的开发、制备和应用提供一定的理论指导和技术支持。     

电泳共沉积NiCoCrAlY粘结层制备及抗高温氧化研究

目的 分析研究Ni基合金与粘结层之间的扩散和界面反应规律,以及其对热障涂层的抗高温氧化性能和工作寿命的影响.方法 采用电泳共沉积、真空致密化处理,在K17镍基高温合金表面制备NiCoCrAlY粘结涂层,并进行1000℃×100 h抗高温氧化实验,采用XRD、SEM、EDS分析NiCoCrAlY粘结涂层在高温氧化过程中合金元素的扩散规律.结果 高温氧化动力学曲线表明,氧化100 h制备的NiCoCrAlY粘结涂层的氧化速率为17.2134 mg/cm2,远低于K17镍基高温合金的.Ni由涂层向基体内扩散,Cr和Co向外扩散,Al向界面处扩散.电泳沉积制备的NiCoCrAlY粘结层经真空致密化处理后,涂层均匀、致密,粘结层主要由Ni3 Al、Al3 Y5 O12、Cr23 C6以及α-Al2 O3等组成.结论 NiCoCrAlY粘结涂层的抗高温氧化性高于K17镍基高温合金,在高温氧化过程中,α-Al2 O3氧化膜提高了NiCoCrAlY粘结涂层的高温抗氧化性.Ti主要来自基体的缺陷中,随着高温氧化作用,获得了由基体向外扩散所需要的能量,并且同时与氧反应生成TiO,TiO容易在粘结层表面形成泡状物质,Ti的扩散对粘结层的致密度与均匀度造成一定的影响.     

温度和厚度对纳米金刚石涂层残余应力的影响

目的通过改善液相等离子喷涂制备纳米金刚石涂层的工艺参数,提高纳米金刚石涂层的显微硬度与结合强度。方法利用Ansys有限元软件对纳米金刚石涂层中的残余应力进行数值模拟。建立纳米金刚石涂层的有限元分析模型与热传导方程,探讨了涂层的厚度与降温速度对纳米金刚石涂层残余应力的影响。通过扫描电子显微镜对制备的纳米金刚石涂层表面进行分析,并且利用显微硬度计和表面划痕仪测定纳米金刚石涂层的显微硬度和结合强度。结果纳米金刚石涂层的主应力为拉应力,涂层的最大主应力随着厚度的增大而具有先增大、后减小、再增加的特点。随着涂层厚度的增加,涂层的最大剪应力由涂层表面转移到涂层界面,其值先减少,后保持稳定。涂层整体、涂层界面和涂层表面的最大主应力与最大剪应力,随涂层温度的升高而呈线性递减的趋势。纳米金刚石涂层的主应力集中在涂层的四周,而涂层的剪应力分布在涂层表面。纳米金刚石涂层表面较光滑,由大量纳米级的细小扁平颗粒紧密排布而形成。结论采用适当的工艺参数制备出厚度为0.1 mm的纳米金刚石涂层,其显微硬度和结合强度分别约为150HV和9 N。     

铬钛共渗及渗层耐磨性分析

通过表面铬钛渗层改性处理，可提高钢的表面硬度和耐磨性，从而提高工件的表面性能。对钢的铬钛共渗及其耐磨性进行分析研究，并与铬和钛的单渗层进行性能对比。结果表明，铬钛共渗层由混合铬碳化合物和TiC构成，这使得铬钛共渗层具有比铬和钛的单渗层更好的耐磨性。     

电沉积Cr-WO3纳米复合镀层及其性能研究

目的提高表面Cr镀层的耐腐蚀性能和热稳定性。方法将纳米WO_3颗粒充分分散于镀Cr液中。用直流电沉积的方法在低碳钢表面电沉积Cr-WO_3纳米复合镀层。通过金相显微镜、X射线衍射仪分别观察镀层表面微观形貌和测试镀层的物相结构。通过维氏硬度测试、极化曲线和电化学阻抗测试,分别评价Cr-WO_3纳米复合镀层的硬度和耐腐蚀性能。结果 Cr镀层和Cr-WO_3纳米复合镀层表面均呈现层片状的晶粒结构,Cr-WO_3纳米复合镀层的晶粒度更细小。在5%Na Cl溶液中进行电化学测试,相对于Cr镀层,Cr-WO_3纳米复合镀层的腐蚀电流密度下降至0.38μA/cm2,电化学阻抗值有所增大,其电化学活性相对Cr镀层更低,耐蚀性能更好。Cr镀层和Cr-WO_3复合镀层的硬度十分接近,纳米WO_3的加入并未明显提高其硬度值,但是能够抑制镀层在退火过程中裂纹的产生和扩展,减少镀层表面状态的变化。结论纳米WO_3颗粒的加入可以有效掺杂在镀层中,降低镀层的晶粒度。Cr-WO_3纳米复合镀层的电化学活性更低,耐蚀性性能更好。WO_3纳米的加入对未退火的镀层硬度的影响不显著,但能降低退火后镀层硬度降低的幅值,提高了镀层的热稳定性。     

MoW喷涂层导电性及电弧烧蚀试验研究

采用超音速等离子喷涂技术在45CrNiMoVA钢表面制备了MoW合金涂层,测试了涂层结合强度。利用电阻仪测试了涂层的导电性,用高压电弧装置对MoW涂层进行了大气环境不同放电电流的电弧烧蚀试验。通过场发射扫描显微镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)分析了涂层组织,使用X射线衍射仪测试了涂层相组成。结果表明：MoW涂层与基体结合良好,导电率为6.12%IACS。W使涂层导电率有所降低;孔隙率是涂层导电性能较低的主要原因之一。随着放电电流增大,MoW涂层电弧烧蚀面积增大明显,呈现出两种烧蚀形貌;孔隙率越大、表面粗糙度越小,涂层耐电弧烧蚀性能越差。MoW喷涂层抗电弧烧蚀性能优于纯Mo喷涂层。     

PVD纳米涂层致硬机理研究现状及发展

从纳米多层涂层和纳米复合涂层两个角度总结了PVD纳米涂层的强化机制和涂层设计准则,提出了现有的涂层强化机制及涂层设计准则主要存在涂层强化机制适用性不足和理论性问题缺乏实验手段论证两个问题,并合理分析了问题存在的原因。从纳米多层涂层和纳米复合涂层两个角度,综述了PVD纳米涂层致硬机理的国内外研究现状。研究现状表明,涂层强化机制和一些涂层表征实验在涂层致硬机理研究中扮演着重要的角色,研究者们根据涂层强化机制和必要的实验手段对涂层的致硬机理进行了分析。但是涂层强化机制并非涂层致硬机理研究中必不可少的工具,既存在用一种或多种涂层强化机制解释涂层致硬机理的情况,又存在未使用涂层强化机制去解释涂层致硬机理的情况。针对这种现象,分析了其存在的内因和外因。外因为涂层材料组合方式和实验研究变量不同;内因为涂层强化机制及设计准则不完善。最后结合PVD纳米涂层致硬机理研究现状存在的问题,本着完善涂层强化机制和设计准则的目的,对未来研究方向进行了展望。     

石墨烯改性自润滑耐磨涂层的组织与耐磨机理研究

为了降低WC-Co涂层的摩擦系数,采用湿法球磨工艺实现了氧化石墨烯和WC-Co喷涂粉末的均匀混合,基于爆炸喷涂技术制备了氧化石墨烯改性WC-Co涂层。借助XRD、SEM、EDS等手段分析了涂层的氧化石墨烯存在、组织结构形貌、化学成分组成。采用显微硬度计、万能拉伸机及UMT-2摩擦磨损试验机等仪器研究了涂层的力学及摩擦磨损性能。结果表明：氧化石墨烯改性后涂层内均匀分布有片层状氧化石墨烯,涂层组织致密、均匀,结合强度约82MPa,显微硬度为1024HV0.3,氧化石墨烯改性后涂层相比WC-Co涂层摩擦系数降低了30%,氧化石墨烯的添加提高了WC-Co涂层的抗磨、减磨性能。     

纳米金刚石的加入对镁合金Ni-P镀层组织和性能的影响

目的提高镁合金化学镀层的力学性能。方法选择出一组优良镁合金化学镀Ni-P工艺参数,在Ni-P镀液中加入不同的纳米金刚石浓度。通过观察所得镀层的微观组织形貌,对比镀层形貌组织;通过对复合镀层进行热处理,分析镀层组织结构的变化;通过测定金刚石加入前后镀层的摩擦系数,检测了复合镀层的耐磨损性能;通过查看镀层腐蚀斑点数目,检测复合镀层的耐腐蚀性能。结果随着纳米金刚石浓度的增加,复合镀层的形貌越好,当纳米金刚石加入量达到6 g/L时,所得复合镀层的微观形貌均匀、致密。热处理使镀层结构由非晶态变为结晶态,显微硬度明显提高。金刚石的加入致使镀层的摩擦系数降低且稳定,相比化学镀Ni-P镀层,加入金刚石后的复合镀层的腐蚀斑点数较少。结论纳米金刚石的加入大大提高了镀层的力学性能。     

骨植入镁合金表面缓蚀剂覆载的微弧氧化/PLGA复合涂层的制备与表征

目的 在可降解镁合金表面制备缓蚀剂覆载的微弧氧化/聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)复合涂层,提高其耐蚀性.方法 首先利用微弧氧化技术在镁合金表面制备出适合复合缓蚀剂涂层的微弧氧化(Micro-Arc Oxidation,MAO)涂层,之后在微弧氧化多孔涂层上浸涂PLGA-缓蚀剂涂层,得到复合涂层,缓蚀剂选择天然植物提取物姜黄素(Curcumin,Cur).利用SEM&EDS、FTIR和AFM等实验对涂层形貌、成分及结构进行分析,通过电化学测试、体外浸泡实验评价涂层的耐蚀性能.结果 FTIR结果表明Cur可成功覆载在涂层中,且不与PLGA发生反应.电化学测试和体外浸泡实验表明MAO/PLGA-Cur涂层能有效提高镁合金的耐蚀性.动电位极化曲线显示MAO/PLGA-Cur涂覆样品的腐蚀电流密度比基体下降了3个数量级,浸泡14 d的质量损失比基体下降62.04％,比未覆载的样品减少26.63％.结论 MAO时间为10 min为最合适复合缓蚀剂涂层的参数.Cur作为缓蚀剂的最佳添加量为0.12％,PLGA的最佳添加量为12％,最佳浸涂角度为0°.     

等离子喷涂法制备铁基硬质涂层的力学性能

为了在碳钢表面制备耐磨涂层,使涂层与基体的膨胀系数相近,减少涂层应力,将80％ Fe,13％P,7％C(质量分数,％)机械混合粉末进行等离子喷涂,制备铁基耐磨涂层.采用粘结剂对偶试样拉伸试验法测定涂层结合强度,采用表面显微硬度法分析涂层硬度,采用MMW-2型(高温)摩擦磨损试验机以40Cr硬质合金为对磨材料对涂层进行耐磨性试验.结果表明,涂层的结合强度平均值为29.16 MPa,显微硬度的平均值为7.889 MPa,高于陶瓷涂层硬度值,涂层的耐磨性能较好,磨损200 min后,涂层的磨损量在36 mg左右,磨损量约为对磨件的1/13,涂层磨损主要为磨粒磨损机制.     

含环氧树脂微胶囊自修复涂层的制备及其性能

目的制备含环氧树脂微胶囊的二元自修复涂层,并对其力学性能和自修复性能进行研究。方法将自制环氧树脂E-51/三聚氰胺-脲醛树脂微胶囊和潜伏型固化剂(2-甲基咪唑)按一定比例添加到环氧树脂基体中,制备二元自修复环氧树脂涂层。利用漆膜弹性试验机、漆膜冲击试验机和万能拉伸试验机对涂层的弯曲性能、耐冲击性能和拉伸性能进行测试。利用扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)对涂层的自修复性能进行考察。采用EIS对涂层的电化学性能进行测试。结果成功制备了含环氧树脂微胶囊二元自修复涂层,当涂层中微胶囊的质量分数为3%时,涂层的冲击强度和拉伸强度分别提高了10.6%和14.6%。当涂层中2-甲基咪唑和微胶囊质量分数分别为6%和5%时,涂层的自修复性能较佳。当微胶囊质量分数为9%时,涂层的电化学阻抗值可达1.2×105?。结论微胶囊的加入可有效提高涂层的冲击强度和拉伸强度。随着涂层中潜伏型固化剂含量的增大,涂层的自修复性能增强。当潜伏型固化剂含量达到一定值时,涂层的自修复性能随着微胶囊含量的增大而增强。随着微胶囊含量的增加,涂层的电化学阻抗值增大。