TiC/Ni增强Al基热喷涂涂层组织及性能研究

针对锅炉水冷壁存在的高温腐蚀和磨损问题,采用自蔓延高温合成法(SHS)与亚音速火焰喷涂技术相结合在45钢基体上制备了TiC/Ni增强Al基抗氧化和耐磨涂层。通过SEM,XRD,EDAX等手段研究了涂层微观组织、相组成、高温氧化性能和耐磨性能。结果表明:热喷涂涂层呈层状组织,其主要成分为Al和TiC,涂层与基体结合良好。经650℃高温氧化2 h后,涂层无裂纹和脱落,具有良好的抗高氧化性能。(30%TiC/Ni)-Al涂层在550℃保温15 min的抗热震性能、在主轴转速1 600 r/min冲蚀5 h条件下的抗冲蚀磨损能力均优于其他涂层的。     

铝基钛坯高温防氧化涂层界面结构研究

以Al粉为主料,Sn粉、SiO2粉、苯丙乳液、聚乙烯醇、羧甲基纤维素等为配料制备高温防氧化涂料。将涂料喷涂到钛坯表面,然后置于1050 ℃条件恒温8 h,对比喷涂与热处理前后钛坯表面形貌。利用金相显微镜观察裸露面和喷涂面经热处理后的氧化层组织,使用场发射扫描电镜、能谱分析仪研究涂层界面处的微观形貌和元素扩散,采用X-射线衍射仪探讨涂层界面处的相结构。结果表明,使用铝基高温防氧化涂层能够有效的减缓钛坯热加工过程中高温氧化,涂层厚度对Ti-Al扩散层的厚薄无明显影响,扩散层形成了Al2O3-TiAl和TiAl3-Ti多层结构,且涂层厚度为50 μm左右时已经具有较好效果。     

等离子熔敷MoSi_2+TiC/γ-(Ni,Fe)复合涂层显微组织及其抗高温氧化性能

以Ni-Mo-Si-C-Ti混合粉末为原料,利用等离子熔敷技术在Q235基材表面原位合成了以MoSi_2和TiC为增强相,以γ-(Ni,Fe)为主要基体相的耐磨抗高温氧化复合涂层。利用XRD、OM、SEM、EDS分析了涂层及氧化膜的显微结构和相组成,测试了涂层在1000℃恒温氧化条件下的抗氧化性能。结果表明:涂层组织致密、细小,具有快速凝固显微组织特征,与基材呈良好的冶金结合;涂层显微组织为不规则块状初生相MoSi_2和颗粒状TiC金属陶瓷初生相弥散分布于强韧性良好的γ-(Ni,Fe)过饱和固溶体基体上;涂层氧化膜主要组成相为SiO_2、TiO_2和少量Fe_2O_3,氧化动力学曲线近似符合抛物线规律,复合涂层具有良好的抗高温氧化性能。     

钛基体与铝基高温防氧化涂层界面结构研究

以Al粉为主料,Sn粉、SiO_2粉、苯丙乳液、聚乙烯醇、羧甲基纤维素等为配料制备高温防氧化涂料。将涂料喷涂到钛基体表面,然后置于1050℃恒温8 h,对比喷涂与热处理前后表面形貌。利用金相显微镜观察裸露面和喷涂面经热处理后的氧化层组织,使用场发射扫描电镜、能谱分析仪研究涂层界面处的微观形貌和元素扩散,采用X射线衍射仪探讨涂层界面处的相结构。结果表明,喷涂铝基高温防氧化涂层后,表面没有裂纹也没有出现脱落,表面仍保持原金属光泽,能够有效地减缓钛基体热加工过程中的高温氧化。涂层厚度对Ti-Al扩散层的厚薄无明显影响,扩散层形成了Al_2O_3-TiAl和TiAl_3-Ti多层结构,且涂层厚度为50μm左右时已经具有较好效果。     

K4104合金渗Al-Si涂层抗高温氧化性能研究

采用无机盐料浆法,在K4104镍基高温合金表面制备Al-Si涂层通过改变粘结剂中CrO3的含量得到两种不同成分的Al-Si涂层.依据HB5258-2000标准,对制备了Al-Si涂层的K4104镍基高温合金进行了高温氧化性能试验.绘制了氧化动力学曲线,用带能谱分析的扫描电镜观察了涂层的表面氧化形貌和横截面组织形貌.结果表明,K4104镍基高温合金表面的Al-Si涂层在高温氧化过程中已转变成完整致密的α-Al2O3氧化层和β-NiAl相化合物层,且与基体合金的粘附性良好,说明Al-Si涂层具有优良的抗高温氧化性能.     

激光熔覆CoCrFeNi和AlCoCrFeNi中熵合金涂层的高温抗氧化性能

采用激光熔覆技术在H13钢表面成功制备了CoCrFeNi和AlCoCrFeNi中熵合金涂层。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)对涂层的微观组织、成分分布和相组成进行分析;在此基础上,重点研究涂层的高温稳态氧化和循环氧化性能,分析涂层的氧化机理。结果表明：激光熔覆CoCrFeNi和AlCoCrFeNi中熵合金涂层与基体之间呈良好的冶金结合,涂层呈现单相FCC结构,其微观组织以柱状晶和等轴晶为主。在700、800和900℃高温氧化60 h后,CoCrFeNi和AlCoCrFeNi涂层的氧化层厚度远小于H13钢的氧化层厚度,抗氧化性能显著优于H13钢。在600℃经历6次循环氧化后,AlCoCrFeNi涂层表面几乎无氧化,CoCrFeNi涂层经历了5次循环后表面形成了极薄的氧化层;600℃循环氧化时虽然H13钢表面氧化层较薄,但结构比较疏松易剥落,对合金内部无法起到保护作用。表明CoCrFeNi和AlCoCrFeNi中熵合金涂层具有优异的高温抗氧化性能。     

镁合金表面微弧氧化-溶胶凝胶复合膜层的结构及其耐蚀性

采用微弧氧化和溶胶凝胶技术在镁合金表面制备复合涂层,该涂层过渡层为微弧氧化膜层,外层为SiO2溶胶凝胶层。通过傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等分析技术对复合涂层成分、组织结构以及微观形貌进行了表征,并采用电化学测试方法综合分析了该复合涂层的耐蚀性能。研究表明,该复合涂层与基体结合较好,具有良好的高温稳定性,在质量分数为3.5%的NaCl溶液中腐蚀电位明显正移,腐蚀电流密度显著降低,表现出良好的耐蚀性。     

稀土改性Fe-Ni基涂层的高温性能

为提高Fe-Ni基涂层的高温性能,在Fe-Ni基合金粉末中添加La2O3和Ce2O3的混合物,对涂层的高温氧化行为和高温耐磨损性能进行研究.结果表明:稀土改性Fe-Ni基涂层组织细密、晶粒细小、形成稀土化合物LaNi4Si、Ce2Ni22C3以及硬质相Cr3Si;稀土改性Fe-Ni基涂层具有良好的高温抗氧化性能,在氧化初期,涂层质量迅速增加,氧化动力学曲线符合抛物线规律,在氧化后期,氧化动力学曲线符合直线规律,质量增加缓慢.高温抗氧化性能的提高和Cr3Si硬质相的弥散分布使涂层的高温耐磨性能得到显著的提高.     

简单/改性铝化物涂层的研究现状

航空发动机各部件高温结构材料在苛刻环境下服役时,会遭受严重的高温氧化和热腐蚀.在合金表面施加铝化物涂层后,高温下表面能够生成一层致密且生长缓慢的Al2O3氧化膜,从而隔绝腐蚀介质,以防止合金被快速氧化腐蚀.概述了铝化物涂层的优点,包括制备简单、成本低廉.重点综述了以Ni、Fe、Ti/TiAl为合金基体的铝化物涂层微观结构.涂层的微观结构主要由渗铝工艺、基材成分及后处理工艺等因素决定,渗铝工艺包括渗剂成分、渗铝温度和渗铝时间.在高温下渗铝,Al的活度较低,涂层主要以基体元素向外扩散形成外扩散型涂层为主;在低温下渗铝,Al的活度较高,涂层主要以Al向内扩散形成内扩散型涂层为主.还归纳了不同渗铝涂层在干燥空气和水蒸气环境中的高温氧化行为,阐述了水蒸气对铝化物涂层高温氧化行为的影响,比较了Ni-Al系和Fe-Al系涂层的抗高温氧化性能.同时介绍了Cr-Al、Si-Al和Pt-Al 3种改性铝化物涂层的研究进展,包括制备方法、微观结构及抗高温氧化和腐蚀性能.最后,展望并总结了高温防护涂层的发展趋势.     

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。     

Ni_3Al金属间化合物激光熔覆层的组织与性能

以镍粉及铝粉的混合粉末为熔覆材料,配比了Ni_3Al粉末成分,采用激光熔覆技术,在Q235钢基体表面制备了Ni Al合金涂层,分析了涂层的组织结构及形成机理,研究了其抗高温氧化性能。结果表明:采用合适的激光熔覆参数可以获得表面质量及结合性能良好的Ni Al合金涂层,涂层主要由γ'-Ni_3Al及γ-Ni构成。涂层组织均匀细密,没有明显的方向性。涂层显微硬度约为基体的2.6倍,抗高温氧化性能约为基体的4倍。     

热喷涂高温自润滑涂层研究现状

鉴于现代高技术装备用高温润滑涂层的服役温度越来越高、条件越来越复杂,且对高可靠性及长寿命等方面的要求日益苛刻,亟需研究新型高温自适应润滑涂层材料在其服役条件下的环境适应性和稳定性。综述了目前国内外对该类涂层的组分设计和相关制备技术,重点分析了利用热喷涂技术制备高温自润滑涂层的研究现状,并从制备工艺和涂层组分调控方面阐述了该类涂层研究取得的成果和存在的问题。提出未来针对热喷涂高温自润滑涂层的制备应利用先进的喷涂设备,选用物相组分相近的喷涂粉末,并结合组分设计调控,以涂层具有良好的涂基力学性能、耐腐蚀性能、抗高温氧化性能为前提,使涂层在高温环境下可借助摩擦物理或摩擦化学过程,来赋予其良好的高温自润滑性能,重点研究涂层的组分构效关系和综合应用性能。运用材料氧化热力学-动力学理论,从涂层"高温力学-高温摩擦学-耐高温稳定性"三方面来考核材料的综合使役性能,并探讨其高温润滑摩擦机理。     

DZ40M钴基合金铝化物涂层的循环氧化

以新型定向凝固钴基高温合金ＤＺ４０Ｍ为基体,研究其低压化学气相沉积铝化物涂层的循环氧化行为,发现该涂层具有较高的抗循环氧化性能,涂层与基体结合良好。涂层退化主要是由外表面氧化膜的愈合消耗Ａｌ源所造成,沉积渗剂中加入Ｔｉ可加速涂层的退化。     

铬含量对镍基合金涂层高温氧化行为的影响机理

采用增重法对铬质量分数分别为30%和40%～45%的两种镍基合金涂层在500℃、650℃和800℃下的高温氧化行为进行了研究.并使用配有能谱分析仪的扫描电镜以及X射线衍射仪等检测设备对涂层氧化产物的形貌、成分和相组成进行了分析.发现铬含量对镍基合金涂层的抗高温氧化性能和氧化机理有着重要的影响.铬含量为40%～45%的涂层,其表面生成了连续的Cr2O3保护膜,具有相对较低的氧化速度.     

沉积偏压对AlCrTiN纳米复合涂层力学与抗高温氧化性能的影响

沉积偏压对涂层的结构与性能具有重要影响,为研究其对AlCrTiN纳米复合涂层成分、组织结构、力学与抗高温氧化性能的影响规律,采用磁控溅射技术,改变沉积偏压(-30、-60、-90、-120 V)制备四种AlCrTiN纳米复合涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、纳米压痕仪等仪器表征涂层的组织结构、成分、力学性能和抗高温氧化性能。研究结果表明：不同偏压下制备的AlCrTiN纳米复合涂层均为NaCl型fcc-(Al,Cr,Ti)N相结构。随着沉积偏压增大,涂层由沿(111)晶面择优生长转变为无明显的择优生长取向,晶粒尺寸降低,残余应力和硬度增大。偏压为-90 V与-120 V时,涂层表面更加致密,具有更高的硬度和弹性模量。在800℃与900℃氧化1 h后,所有涂层表面均生成一层连续致密的Al₂O₃膜。随着沉积偏压增加,氧化膜厚度逐渐降低,表明抗高温氧化性能逐渐增强,这是因为高偏压下涂层组织更致密,且晶粒更细小。研究成果对AlCrTiN纳米复合涂层的综合性能提升与工程化应用具有一定指导意义。     

炭材料高温抗氧化莫来石/SiC复合涂层的制备及其1150℃高温抗氧化性能(英文)

采用化学气相反应及料浆刷涂烧结复合工艺在石墨表面制备高温抗氧化莫来石/SiC复合涂层。XRD物相分析结果显示涂层外层由莫来石及微量SiO2相组成,涂层内层主要由β-SiC相组成。通过高温抗氧化试验研究涂层的高温抗氧化行为并测试涂层氧化后的洛氏硬度。结果表明:所制备的莫来石/SiC复合涂层具有良好的高温抗氧化及热震性能,经过1150℃、109h的高温氧化及12次1150℃→室温的循环热震试验后,涂层试样的质量增加率为0.085%。硬度测试结果表明:所制备的莫来石/SiC复合涂层各层之间具有良好的结合性能。     

活塞环表面CrAlN涂层的微观组织与抗高温氧化性能

采用多弧离子镀在65Mn钢基体上制备了不同Al含量的CrAlN复合涂层,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、纳米硬度仪和高温氧化炉,系统分析了CrAlN复合涂层的成分、相结构、表面形貌、纳米硬度和抗高温氧化性能。研究结果表明:添加Al后,CrN涂层的择优取向由(111)转变为(200),随着Al含量的增大,衍射峰向右偏移,晶格常数逐渐减小,涂层的表面粗糙度增大,纳米硬度值增加。与CrN涂层相比,CrAlN复合涂层具有较好的抗高温氧化性能,且随Al含量的增加,抗高温氧化性能增强,其原因是涂层表面形成了铬铝氧化物,减小了高温条件下氧向涂层内部的扩散能力。     

三种铝硅涂层的抗氧化性能研究

用无机盐料浆法在K4104镍基高温合金表面制备了渗Al-Si涂层.改变粘结剂中铬酣(CrO3)的添加量得到了三种不同成分的Al-Si涂层.对三种Al-Si涂层进行1000℃×200h高温氧化性能试验,用扫描电镜(带能谱分析)对试样截面进行形貌观察及成分分析,并用Origin软件绘制氧化动力学曲线.研究结果表明,1000℃×200h氧化过程中三种Al-Ai涂层均生成了连续致密的Al2O3氧化膜;涂层外层由不稳定的β-NiAl相(富Al)向稳定的β-NiAl相(富Ni)转变;三种Al-Si涂层均具有良好的抗高温氧化性;添加少量CrO3得到的Al-Si涂层内层形成了连续的富Si"隔层",该"隔层"有利于阻碍合金元素与Al元素的互扩散,从而降低涂层中Al元素的退化速度.     

Cr涂层锆合金包壳高温蒸汽氧化动力学及微观机理研究

Cr涂层锆合金包壳具备抗高温蒸汽氧化性能优异、耐腐蚀和耐磨蚀性能良好、工程应用难度较小等特点,成为最具前景的近期型事故容错燃料候选材料之一。本工作以Zr-1Nb合金管为基体材料,采用磁控溅射工艺制备均匀致密Cr涂层,涂层厚度范围12～15μm。通过同步综合热分析仪开展双面高温蒸汽氧化试验,氧化温度为1000、1100和1200℃,氧化时间为300～5000s,系统研究反应堆事故工况下Cr涂层锆合金包壳高温蒸汽氧化行为。采用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪表征高温氧化产物膜微观形貌特征、氧化层厚度、元素分布以及物相组成等,建立Cr涂层氧化动力学模型,探讨高温氧化机理。研究表明,高温蒸汽环境中,Cr涂层锆合金包壳外壁形成致密Cr2O3层,有效阻止O元素扩散至Zr合金基体,从而提升复合包壳的耐高温性能。其次,Cr涂层高温蒸汽氧化动力学曲线遵循抛物线规律,氧化速率常数比锆合金低大约2个数量级,显著提升锆合金包壳抗高温蒸汽氧化性能。     

新型耐磨耐高温氧化NiCrAlSiC复合涂层的制备及性能研究

采用"电泳+电沉积"两步法在金属基体上先预沉积CrAlSiC电泳层,再电沉积Ni,制备了NiCrAlSiC复合涂层,并制备不含SiC的NiCrAl涂层为对比样品。采用XRD、SEM、EPMA和TEM对复合涂层进行形貌、结构和成分表征,并研究其高温氧化性能和摩擦磨损性能。结果表明:复合涂层致密并与基体结合良好,涂层内颗粒分散均匀。与不含SiC的NiCrAl复合涂层相比,NiCrAlSiC复合涂层的氧化膜由NiO、NiAl_2O_4和Al_2O_3三层结构转变为NiAl_2O_4和Al_2O_3两层结构,且氧化膜更薄;同时,涂层硬度提高26%,磨损速率下降52%,磨损机制由磨粒磨损转变为黏着磨损。SiC颗粒的加入同时提高了NiCrAl涂层的抗高温氧化性能和耐磨性能。