碳化硅晶须对C/C复合材料表面SiC涂层的影响

以三氯甲基硅烷(CH3SiCl3,MTS)为先驱体原料,采用化学气相沉积法(CVD)在C/C复合材料表面原位生长碳化硅晶须(SiCw)及制备SiC涂层,研究SiCw对SiC涂层微观形貌,织构及力学性能的影响。结果表明:SiCw不仅可促成SiC等轴颗粒的细化、生长完善,裂纹宽度减小、偏转明显,而且可使涂层的织构发生改变;同时,大量的空洞在SiCw处形成,使得内层SiC涂层硬度低于外层,从而导致整个SiC涂层的硬度和弹性模量降低。     

PVD溅射电流对SiC纤维表面Ti_3Al涂层组织结构的影响

采用磁控溅射物理气相沉积(PVD)法在SiC纤维表面进行Ti3Al涂层的制备,研究了该过程中PVD溅射电流对Ti3Al涂层组织结构的影响规律。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对Ti3Al涂层的沉积率、组成物相、晶粒大小、组织结构和表面形貌等进行了观察与分析。研究结果表明,磁控溅射PVD法制得的Ti3Al涂层组成物相与靶材一致,但涂层生长择优取向发生了变化。随着溅射电流的增大,Ti3Al涂层沉积率提高,平均晶粒尺寸增大。此外,涂层的微观形貌为柱状晶组织,但随着溅射电流的增加,涂层表面因粒子溅射辐照温度的升高而升温,同时晶粒边界出现迁移,涂层生长由V型柱状晶生长向等轴柱状晶生长转变,最后形成致密组织。涂层粗糙度的变化与涂层晶粒尺寸和微观结构有关,因此Ti3Al涂层表面粗糙度随着溅射电流增加呈现出先增大后减小的规律。     

沉积温度和碳纳米管对CVD SiC涂层微观形貌的影响

以三氯甲基硅烷(CH3SiCl3)为前驱体,采用化学气相沉积法(Chemical vapor deposition,CVD),在原位生长有碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)的C/C复合材料表面制备SiC涂层。用扫描电镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)观察和分析涂层微观形貌及成份。研究沉积温度(1 000~1 150℃)对SiC涂层的表面、截面以及SiC颗粒的微观形貌的影响。结果表明:在1 000℃下反应时,得到晶须状SiC;沉积温度为1 050℃时涂层平整、致密;沉积温度提高到1 100℃时,涂层粗糙,致密度下降;1 150℃下形成类似岛状组织,SiC颗粒团聚长大,涂层粗糙,并有很多裂纹和孔洞,致密度低。对涂层成份和断口形貌研究表明,基体和涂层之间有1个过渡区,SiC涂层和基体之间结合良好。     

单一纳米及纳/微米SiC混合颗粒增强铝基复合材料研究

通过真空热压工艺制备了单一纳米及纳/微米SiC混合颗粒增强的Al-Si复合材料,研究了SiC颗粒的加入对复合材料的组织、致密度及硬度的影响。结果表明:纳米SiCp/Al-Si复合材料与基体合金相比晶粒细化,随着纳米SiC含量的增加,纳米SiCp/Al-Si复合材料的硬度、致密度都是先增大后减小,当纳米SiC含量为3%时硬度取得最大值64.4HV,较基体材料提高了28.8%;用扫描电镜对纳/微米SiCp/Al-Si复合材料的组织、形貌进行观察,发现微米SiC颗粒与基体合金结合紧密,界面无明显反应物生成。纳米SiC含量为3%时,随着微米SiC含量的增加,纳/微米SiCp/Al-Si复合材料的硬度、致密度都是先增大后减小,当增强颗粒含量为3%SiCnm+15%SiCμm时硬度取得最大值76.7HV,较基体材料提高了53.4%。     

短Cf增强SiC基复合材料及制备压力和Cf含量对其性能的影响

采用先驱体浸渍裂解(PIP)法、联合液相硅漫渍(LSI)工艺和纤维干磨分散技术制备了纤维随机分布的、其体积分数ψ(Cf)分别为5%、10%和15%的短纤维增强SiC基复合材料,并研究了模压压力及纤维体积分数对该复合材料力学性能的影响.结果表明纤维增强SiC基复合材料的力学性能随其模压压力变化有所改变,最佳模压压力为20 MPa;随短纤维体积分数ψ(Cf)在一定范围内增加,复合材料的性能有所上升,当ψ(Cf)为15%时,该复合材料的断裂韧性、弯曲强度、弹性模量和显微硬度(HV25)分别为4.42 MPa·m1/2、170.1 MPa、149.6GPa和5191.     

中密度C/C复合材料表面制备SiCnw/SiC涂层

在中密度C/C复合材料基体上采用催化化学气相沉积方法生长碳化硅纳米线(SiCnw)及制备碳化硅纳米线/碳化硅(SiCnw/SiC)涂层,研究中密度C/C复合材料基体上加载催化剂后涂层沉积及其抗氧化性能,结果表明:中密度基体上催化制备SiCnw涂层,可改善沉积效率,同时可抑制裂纹扩展,明显改善SiC涂层在1200℃的氧化防护能力。另外,在1500℃的空气中氧化10h后,SiCnw/SiC涂层氧化质量损失率仅为1.34%,明显低于质量损失率为8.67%的单层SiC涂层。     

涂覆颗粒增强耐热铝基复合材料的力学性能

应用新型化学涂层工艺(置换法),成功地制备出结合紧密、光滑的Ni涂SiC粉末;分析对比了两种不同涂层工艺原理及涂层效果;分析了不同SiC增强Al-Fe-V-Si(0812)复合材料物理和力学性能,结果表明:由于涂覆SiC与基体的结合更加牢固,较软的基体合金与过渡层Ni的结合而降低了增强体与基体合金之间的孔隙率,从而使10％Si(Ni)/Al-Fe-V-Si(0812)复合材料在室温的断裂强度分别比基体和10％SiC_p/Al-Fe-V-Si(0812)复合材料增加了62.15％和2.82％,在400℃时分别增加了55.3％和78.6％.     

碳化硅复合镍磷合金涂层的组织结构、显微硬度及腐蚀性能研究

镍基复合涂层是一项有望替代电镀铬涂层的先进绿色环保表面处理技术。 本文在铝合金表面制备了纯 Ni、 NiP及其与SiC复合涂层, 利用SEM、 EDS和XRD研究了Ni、 NiP及其复合涂层的微观形貌、 成分与组织结构, 利用显微硬度计与电化学工作站研究了其硬度与耐腐蚀性能。 研究结果表明： SiC 复合电镀纯镍涂层的表面较为 粗糙, SiC 复合电镀镍磷合金涂层中晶粒轮廓明显; 电沉积镍磷合金涂层的相结构包括晶体 Ni2P、 Ni12P5 和非晶 NiP。 铝合金基体表面 Ni-P 合金涂层的显微硬度显著高于纯 Ni 涂层, 引入 SiC 纳米颗粒形成复合涂层可提高其 显微硬度; SiC 颗粒有助于提高复合涂层在氯化钠溶液中的腐蚀电位, 降低腐蚀电流密度, 提高其耐蚀性能。     

SiC晶须含量对镁基复合材料性能影响的研究

采用加压烧结法制备镁基复合材料,研究不同含量的SiC晶须对镁基复合材料密度、硬度、抗拉强度、抗压强度、摩擦磨损等性能的影响。结果表明:镁基复合材料的致密度并不随SiC晶须质量分数的改变而发生规律性变化;材料的硬度随着晶须质量分数的增加而增大;与基体材料ZK60相比,添加SiC晶须的镁基复合材料的抗拉强度、抗压强度、弹性模量、压缩模量和伸长率都有一定提高,当SiC晶须的质量分数为20.0%时,复合材料烧结体的常温力学性能最好;通过对烧结材料磨损量变化的分析,发现当SiC晶须质量分数为10.0%时,摩擦磨损性能最好。综合比较分析,SiC晶须的质量分数为15.0%时,增韧增强效果最佳。     

C/SiC复合材料抗热震涂层制备及失效机制研究

在C/SiC材料上制备环境障碍涂层是对C/SiC高温防护的有效解决办法。利用化学共沉积法制备BaO-SrO-Al_2O_3-SiO_2(BSAS),ZrO_2-Y_2O_3(YSZ),Sc_2O_3-ZrO_2-Y_2O_3(ScYSZ)粉末材料,然后采取相同的等离子喷涂工艺参数在C/SiC复合材料表面制备3种抗热震(水淬)涂层。本文主要涉及到抗水淬涂层结构设计、0.2mm厚涂层的抗水淬性能、4种不同厚度涂层的抗水淬能力、涂层失效机制等研究内容。研究结果表明:C/SiC复合材料上0.2mm厚的抗水淬涂层,在1600℃下其抗水淬能力强弱为ScYSZ(24次)YSZ(22次)BSAS(21次)。0.2,0.3,0.5及0.6mm4种不同厚度对涂层的抗水淬能力影响规律表明:厚度为0.2mm时涂层具有最优的抗水淬性能。并探讨了涂层的失效机制:BSAS,YSZ,ScYSZ3种涂层,其YSZ相稳定性最差,BSAS作为单一的抗热震层其应力最大。BSAS+ScYSZ复合涂层应力最小、相稳定、抗水淬能力最强。     

工艺参数对非平衡磁控溅射Ti/TiN/Ti(C,N)薄膜硬度的影响

 采用中频非平衡磁控溅射工艺，在316L不锈钢、高速钢和硬质合金3种基体材料上制备Ti/TiN/Ti(C,N)膜系的硬质薄膜。通过改变工作气氛、基体负偏压等工艺参数，对制备薄膜的硬度进行检测分析，结果表明：在Ti(C,N)薄膜的制备中，工作气氛和基体负偏压是影响薄膜硬度的主要因素。当工作气体的通入比例C2H2/(N2+Ar)＜1/9时，薄膜硬度较高。当通入的乙炔(C2H2)流量增加时，会明显降低薄膜硬度。当基体负偏压在一定范围内增加时，薄膜硬度随之逐渐提高；当负偏压增加到200 V时，薄膜硬度最大；负偏压超过200 V，薄膜硬度明显下降。基体材料对薄膜硬度的影响较大，在不同基体材料上镀制同一种硬质薄膜时，薄膜硬度不同；3种基体材料上沉积薄膜的硬度数316L不锈钢基体上的薄膜硬度最低。     

沉积温度对SiC涂层微观结构及组成的影响

利用MTS-H2-Ar体系，用化学气相沉积法（CVD）在SiC基体材料表面沉积SiC涂层。用X射线衍射仪和扫描电镜分析涂层的晶体结构和表面形貌。研究温度对涂层的物相组成、微观结构和沉积速率的影响。结果表明：在1100～1400℃范围内，沉积产物均为单一的β-SiC结晶相；随温度升高，SiC晶粒尺寸增大，1400℃时择优生长由（110）晶面转变为（220）晶面；涂层形貌对温度十分敏感，在1200℃温度下沉积的涂层最为致密，且具有最大沉积速率，是制备SiC涂层的最佳温度。     

N_2气压对CrWN涂层结构及性能影响

采用电弧离子镀技术制备CrWN涂层,研究沉积N_2气压对CrWN涂层的微观结构、形貌、沉积速率、硬度及摩擦学性能的影响。利用SEM,XRD和XPS检测/表征CrWN涂层的晶体结构、形貌及成分;利用硬度计、磨损仪和轮廓仪分别测试CrWN涂层的硬度、摩擦因数及磨损率。结果表明,CrWN涂层为面心立方结构,随着沉积N_2气压的升高,CrWN涂层的(111)和(200)衍射峰强度明显增强,涂层表面大颗粒数量和尺寸逐渐减小,沉积速率最高1.13mm/h;当N_2气压由0.5 Pa升高到1.0 Pa时,CrWN涂层的显微硬度(HV)由1 900增大到2 010,随着N_2气压进一步升高,CrWN涂层硬度有所降低;CrWN涂层平均摩擦因数稳定在0.5左右,在N_2气压2.0 Pa时磨损率达到最大值5.4×10~(-7)mm~3/(N·m),明显低于Cr N涂层的摩擦因数0.7和磨损率6.7×10~(-7)mm~3/(N·m)。     

冷喷涂Inconel 718高温合金涂层组织及微观硬度

采用冷喷涂技术在马氏体钢表面制备了Inconel 718高温合金涂层,利用SEM、显微硬度计和纳米压痕仪分析了涂层组织和微观硬度。结果表明,涂层厚度可达300μm以上,与基底界面结合良好,底部、中部和顶部涂层微观缺陷数量和尺寸依次增多;冷喷涂沉积过程不会对Inconel 718高温合金粒子的原始组织结构产生显著影响,沉积后粒子的外部轮廓发生了明显的扭曲变形,而心部变形较小;涂层底部、中部和顶部的显微硬度依次降低,与底部涂层相比,中部和顶部涂层显微硬度分别降低10%和21%;涂层平均纳米硬度较原始粒子显著降低,底部和顶部涂层分别降低13.5%和28%;涂层内部微观缺陷分布是影响涂层整体硬度的重要因素。     

喷涂工艺对 SiC 基片上制备的 Si 粘结层组织及性能的影响

环境障涂层体系中 Si 粘结层的制备工艺对涂层性能有重要影响, 性能良好的 Si 粘结层可以有效提高环境 障涂层与 SiC 复合材料结合强度和改善涂层与基体热膨胀的匹配程度。 本文主要研究 Si 粘结层的制备工艺对涂 层组织及性能的影响, 采用大气等离子喷涂技术在 SiC 基片上制备 Si 粘结层, 研究喷涂电流对 Si 粘结层表面粗 糙度、 相组成与形貌、 与基体的结合强度和硬度的影响。 综合分析发现, 喷涂电流为 400 A 时, 颗粒熔融状态良 好, 涂层表面粗糙度 Ra 为 (3.15±0.35) μm, 截面孔隙率为 4.9%, 涂层结合优于其他三组工艺, 其平均结合强度 值为 16 MPa。     

C/C复合材料SiC涂层裂纹形貌及分布的研究

由于涂层与C/C复合材料之间热膨胀系数不匹配,当冷却至室温时在高温下制备的抗氧化涂层会产生裂纹,为分析涂层裂纹的组态,通过在碳毡和真空穿刺两种C/C复合材料基体上制备单层、双层SiC涂层来研究涂层裂纹的形貌及分布.利用金相显微镜和扫描电镜观察两种涂层裂纹的形貌和分布,解释了裂纹与涂层所受热应力及基体原有缺陷的关系,利用XRD分析了单层和双层涂层的成分,说明了不同类型SiC结构与涂层裂纹之间的联系.结果表明涂层裂纹分布及裂纹宽度与基体纤维方向有关;随着涂层厚度增大,微裂纹数量减少;基体原有缺陷会导致涂层产生穿透性裂纹.     

Cr_7C_3-(Ni,Cr)_3(Al,Cr)热喷涂涂层残余应力状态及其来源分析

采用热喷涂方法在灰铸铁基体沉积Cr_7C_3-(Ni,Cr)_3(Al,Cr)涂层。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析涂层的形貌及结构,涂层厚度约235μm,涂层主要相成分为Cr_7C_3相和Ni_3Al相。纳米压痕仪测定涂层硬度为16.022±2.125 GPa,弹性模量为247.75±16.873 GPa。利用sin~2ψ法分析Cr_7C_3相在(522)晶面在不同夹角(Ψ=0°、±9°、±18°、±27°、±36°和±45°)下的残余应力。结果表明涂层表面为残余压应力,残余应力大约为-1375.9MPa,其中本征应力为主要来源约-1267.9 MPa,热应力为次要来源约-108 MPa。     

热压工艺对SiC纤维增强TB8复合材料组织影响研究

通过箔-纤维-箔法制备了SiC纤维增强TB8复合材料,采用光学电子显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子探针(EPMA)对复合材料的微观组织进行表征与分析,研究了真空热压复合时压力、温度和时间工艺参数对SiC纤维增强TB8复合材料微观组织的影响规律。结果表明:压力对复合材料基体与基体以及纤维与基体的结合有着显著影响,而温度对纤维与基体界面反应层影响较大。通过热压工艺的优化,可以有效控制界面反应层厚度,获得组织优良的SiC f/TB8复合材料。     

多弧离子镀制备的CrTiAlN涂层的结构和摩擦学性能

用自行设计的多靶阴极电弧离子镀系统在单晶硅和硬质合金衬底上沉积CrTiAlN硬质涂层,用X射线衍射、X射线光电子能谱和扫描电镜系统研究衬底偏压和N2气分压对CrTiAlN涂层结构、形貌和摩擦学性能的影响。结果表明CrTiAlN涂层为面心立方CrN和TiAlN的复合涂层。衬底偏压、N2气分压对涂层的表面形貌、显微硬度和抗磨损性能有较大影响,在氮气分压为5.0 Pa、衬底偏压为-200 V的优化条件下,得到表面光滑的CrTiAlN涂层,涂层硬度为29 GPa,涂层对氮化硅摩擦副的摩擦因数为0.37,沉积速率3.8μm/h。     

无压浸渗制备SiC_p/Al复合材料的力学性能研究

采用无压浸渗法制备出不同SiC粒度组成和硅含量的SiCp/Al复合材料,并对其性能进行测试分析。研究结果表明:SiCp/Al-7Si复合材料硬度比SiCp/Al-12Si复合材料的低,但抗弯强度和断裂韧性比SiCp/Al-12Si复合材料的高,对不同SiCp/Al复合材料的力学性能的影响程度各不相同;粒径小的SiC颗粒有利于SiCp/Al复合材料的硬度、抗弯强度和断裂韧性的提高。当SiC粒度为W7,铝合金中Si含量(质量分数)为7%时,SiCp/Al复合材料的抗弯强度为502MPa、断裂韧性为7.1MPa·m1/2、硬度为66HRA。