包埋渗结合激光熔覆制备复合涂层的高温抗氧化性

为了提高铌合金的抗氧化性能,采用铝硅共渗的方法在铌合金表面制备Al-Si涂层,结合激光熔覆技术于渗层上熔覆MOSi2涂层。探讨了Al-Si渗层的生长机制,研究了铌合金表面Al-Si渗层及MoSi2/Al-Si涂层的抗高温氧化性能。结果表明:Al-Si渗层的形成过程是源于Al、Si元素的先后沉积,优先形成了Al3Nb相。渗层厚度x与保温时间f遵循关系式:x=At1/2+7.4(1000℃:A=11.6,1050℃:A=16.2)。激光熔覆制备的MoSi2/Al-Si涂层均匀连续致密,与基体结合紧密,无裂纹孔洞等缺陷。主要相结构为MoSi2、Al3Nb、NbSi2、Nb5Si3和Mo(Si,Al)2。经1200℃氧化后,Al-Si渗层及MoSi2/Al-Si涂层都形成大量的SiO2保护膜,阻止了氧原子的进一步扩散。与Al-Si渗层相比,MoSi2层表面形成的连续致密混合氧化物有效避免了Al-Si渗层的快速消耗,MoSi2/Al-Si涂层的高温氧化优于Al-Si渗层。     

MOSi2涂层的组织结构与高温抗氧化性能

采用包渗法在Nb-10W合金基体上制备MoSi2涂层,测试了涂层试样的1 600℃静态抗氧化和室温至1 600℃循环抗氧化性能,分析了硅化过程中涂层的形成机理、涂层表面和截面的形貌以及氧化后涂层成分与结构变化。采用包渗法制备的硅化物涂层是通过反应扩散形成的,该涂层为复合结构:MoSi2相主体层;以NbSi2相为主、并含少量Nb5Si3相的两相过渡区;Nb5Si3相扩散层;该涂层结构表现出良好的高温抗氧化和抗热震性能;Si的扩散是通过空位的反应流动实现的,空位在主体层与两相过渡区界面处聚集成微孔带,氧化后微孔带宽度增加;致密的低硅化物扩散层能有效地阻止裂纹向基体扩展。     

纯钼表面包埋Si-B共渗涂层的显微组织及低温氧化行为

在纯钼表面进行包埋Si-B共渗,研究B改性MoSi2涂层的结构及其在600℃下的氧化行为。利用XRD,EDS,WDS分析涂层的相组成和结构,并结合热力学计算分析涂层的组织形成。结果表明:采用16Si-4B-4NaF-76Al2O3渗剂在1100~1400℃下可制备Si-B共渗涂层,涂层由外向内可分为五层:最外层MoSi2,次外层MoSi2+MoB,第三层Mo5Si3,第四层MoB和最内层Mo2B;涂层主体为MoSi2,渗入的B在与基体反应形成Mo-B化合物层的同时,还在MoSi2中形成MoB相;涂层的生长以Si,B原子向内扩散为主;在600℃氧化时涂层中的B向表面扩散并氧化生成B2O3。     

铌合金表面MoSi2-B4C复合涂层的快速烧结制备及高温氧化行为

以Mo-Si-B4C混合粉末为涂层原料,采用放电等离子烧结在铌合金表面原位反应烧结制备MoSi2-B4C复合涂层,研究涂层组织形成过程及界面反应特征,考察涂层在1450℃下的抗氧化性能。结果表明,在烧结的升温阶段,MoSi2相就已完全形成,而在保温的初期阶段,部分B4C颗粒又与邻近的MoSi2反应生成了SiC和Mo2B5。烧结过程中,涂层中的Si和B向基体合金扩散,形成了由NbSi2 + NbB外层和Nb5Si3内层组成的互扩散区。涂层在1450℃至少100h内可有效保护基体,表面生成了致密的SiO2-B2O3氧化膜,而互扩散区内NbB的存在有效阻碍了氧化过程涂层中Si的内扩散。     

基体温度对Ti6Al4V表面渗Mo合金层性能的影响

利用双层辉光离子渗金属技术在Ti6A14V表面渗Mo，形成了表面改性合金层，就910—990℃渗Mo时基体温度对表面合金层性能的影响进行了研究。结果表明，渗Mo后的表面合金层由扩散层和沉积层组成，沉积层呈(211)晶面的择优取向。随着基体温度的升高，扩散层的厚度增加，并且合金层表面粗糙度增大。渗Mo后的表面合金层硬度较基体Ti6A14V的大大提高，而基体温度变化对合金层硬度没有明显影响。用涂层压入仪对沉积层和扩散层间的结合强度进行了评定。研究表明，随着基体温度的升高，临界压入载荷Pc增大，沉积层和扩散层间的结合强度增大。     

料浆包渗法制备MoSi2高温抗氧化涂层

目的开发钼基体表面制备Mo Si2高温抗氧化涂层的新工艺。方法创造性地采用料浆包渗法在钼基体表面制备MoSi2高温抗氧化涂层,使用X射线衍射仪(XRD)结合能谱仪(EDS)分析并确定涂层的主体层和过渡层物相。通过扫描电子显微镜(SEM)观察涂层表面及断面的微观组织形貌,探讨硅化物形成机理并建立料浆包渗过程模型。探究料浆涂覆厚度、NaF活化剂含量、热处理温度、热处理时间等工艺参数对涂层厚度的影响。结果采用料浆包渗法在钼基体表面制备出了双层硅化物涂层,外层为多边棱柱状MoSi2,内层为均匀致密的玻璃状Mo5Si3。料浆涂覆厚度较薄时,涂层内层(Mo5Si3)加厚,而外层(MoSi2)变薄。活化剂NaF质量分数在0～20%内与涂层厚度呈正相关性,质量分数达到20%后,涂层厚度基本不变。热处理温度在活化剂NaF和渗剂Si粉相变转化点附近,对涂层生成起较大作用。热处理时间越长,涂层总厚度越大,但涂层生成速率与热处理时间呈倒抛物线关系。结论采用料浆包渗法,能在较低热处理温度下(800～1400℃)及较短的热处理时间内(1～7 h)在钼基体表面成功制备出致密的MoSi2高温抗氧化涂层,提高热处理温度和增加时间能够增加涂层厚度。     

铌基超高温合金包埋渗铝改性硅化物涂层结构

利用包埋渗法在新型铌基超高温合金表面制备了铝改性的硅化物抗氧化涂层,分析了涂层的相组成、结构及其组织形成过程。涂层制备采用先在1150℃包埋渗硅4h,然后再于800-1000℃包埋渗铝4h的方法。结果表明：渗硅后涂层的相组成为（Nb,X）Si2（X代表Ti,Cr和Hf元素）;再于各温度包埋渗铝后,（Nb,X）Si2层中的平均铝含量随包埋渗铝温度的升高而增加,最高可达10.84at%;当包埋渗铝温度为860-1000℃时会在渗硅层与基体间形成新的铌铝金属间化合物层,且渗入（Nb,X）Si2层中的铝会在局部形成Nb3Si5Al2相。     

纯钼Cr-Si共渗层的组织及形成机理

在工业纯Mo表面进行包埋Cr-Si共渗抗氧化涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析涂层的组成和结构,结合热力学分析结果,研究Cr-Si共渗涂层的组织形成机理。结果表明：包埋Cr-Si可在Mo表面形成Cr的硅化物改性涂层,Cr固溶于MoSi2或Mo5Si3相中,或者在涂层中形成以Cr5Si3化合物相;对高温下渗剂反应的热力学分析可知,包埋Cr-Si共渗过程中,含Cr, Si的气相生成物平衡分压比越大,渗入涂层中的Cr含量越高;但随着涂层中Cr含量增加,涂层生长速度降低。     

TC4 钛合金表面辉光离子渗 Mo 渗 S 复合处理涂层的组织和摩擦学性能

利用辉光离子渗的方法,在TC4钛合金表面首先沉积Mo耐磨涂层,然后对渗Mo层在650℃进行渗S处理,研究了渗Mo渗S复合涂层的表面结构、硬度和磨损性能。结果表明:Mo层渗S后,表面组织细化,硬度降低;渗Mo渗S复合涂层表面形成相以具有润滑作用的MoS2为主,另外还有少量Mo2C和Ti2S相;渗Mo渗S涂层的磨损速率约为TC4的1/10。     

铌基超高温合金表面包埋Si-Y共渗涂层的显微组织

通过在1050和1150 ℃包埋Si-Y共渗5-20 h的方法在铌基超高温合金上制备抗氧化涂层,对涂层结构、相组成和形成过程进行了分析.结果表明:涂层主体为(Nb,X)Si2(X=Ti,Cr,Hf),向内依次为(Nb,X)5Si3过渡层和富Al扩散区;不同共渗条件下制备的涂层具有相似的结构,涂层生长的动力学曲线符合抛物线规律.能谱的半定量分析表明,渗层中的Y含量随共渗温度的升高增加显著,而随共渗时间的延长增加缓慢.     

钼及钼合金表面高温防护涂层的研究进展

系统总结了国内外关于钼及钼合金表面高温防护涂层的最新研究成果，分析了钼在不同温度区间的氧化特征，并基于涂层组织结构稳定性、涂层缺陷、涂层与基体界面结合强度、界面物理和化学相容性、氧扩散等多方面，概述了钼及钼合金表面高温防护涂层的性能要求。归纳了现阶段应用于钼及钼合金表面的高温防护涂层体系，主要包括单一硅化物涂层、改性的硅化物涂层、硅化物基梯度复合涂层、铝化物涂层、耐热合金涂层和氧化物涂层，重点讨论了涂层的成分和结构对其抗高温氧化性能的影响。同时，对比介绍了钼及钼合金表面高温防护涂层常用的制备方法，主要包括料浆烧结法、包埋渗法、等离子喷涂法、熔盐法、化学气相沉积法、磁控溅射法等。最后，对钼及钼合金表面高温防护涂层现阶段存在的问题及未来发展方向进行了展望。     

CODEPOSITION OF ALUMINUM AND SILICON ON PURE MOLYBDENUM SUBSTRATE USING HALIDE ACTIVATED PACK CEMENTATION TREATMENTS

1. IntroductionHigh temperature coatings are important elements for successful implementation ofmany of aero-space system ..t.,i.l.I1j. Molybdenum is one of the promising metals foraerospace application because its high melting point (2885K), moderate den…     

MoSi2 oxidation resistance coatings for Mo5Si3/MoSi2 composites

In order to improve the oxidation resistance properties of 30 at.% Mo5Si3/MoSi2 composite at high temperature in air, a molybdenum disili-tide coating was prepared on its surface by a molten salt technology. XRD and SEM analysis showed that only tetragonal MoSi2 phase ex-isted in the coating after being siliconized for 5 h at 900℃. The oxidation film formed on the uncoated sample was not dense, so that oxygen diffused easily through it. The volatilization of MoO3 resulted in the oxidation film separating from the substrate. The MoSi2coating was proved to be an effective method to prevent 30 at.% MosSi3/MoSi2 composites from being oxidized at 1200℃. A dense glassy SiO2 film was formed on the MoSi2 coating surface, which acted as a barrier layer for the diffusion of oxygen atoms to the substrate. The 30at.% Mo5Si3/MoSi2 composites with a MoSi2 coating showed much better oxidation resistance at high temperature.     

Structure of Al-modified silicide coatings on an Nb-based ultrahigh temperature alloy prepared by pack cementation techniques

In order to prepare Al-modified silicide coatings on an Nb-based ultrahigh temperature alloy, both a two-stage pack cementation technique and a co-deposition pack cementation technique were employed. The two-stage process included siliconizing a specimen at 1150 °C for 4 h followed by aluminizing it at 800-1000 °C for 4 h. The coating prepared by pack siliconization was composed of a thick (Nb,X)Si₂ (X represents Ti, Cr and Hf elements) outer layer and a thin (Nb,X)₅Si₃ transitional layer; after the siliconized specimens were aluminized at or above 860 °C, a (Nb,Ti)₃Si₅Al₂ phase developed at the surface of the coating, and furthermore, when aluminizing was carried out at 860 °C, a new (Nb,Ti)₂Al layer formed in the coating between the (Nb,X)₅Si₃ layer and the substrate, but when aluminizing was performed at 900-1000 °C, the new layer formed was (Nb,Ti)Al₃. The co-deposition process was carried out by co-depositing Si and Al on specimens at 1000-1150 °C for 8 h under different pack compositions, and it was found that the structure of co-deposition coatings was more evidently affected by co-deposition temperature than pack composition. An Al-modified silicide coating with an outer layer composed of (Nb,Ti)₃Si₅Al₂, (Nb,X)Si₂ and (Nb,Ti)Al₃ was obtained by co-depositing Si and Al at 1050 °C.     

电沉积结合包埋渗制备复合涂层的高温氧化行为

为了提高铌合金的高温抗氧化性能,首先采用阴极匀速旋转电沉积法在铌合金表面制备了钼层,然后通过包埋渗硅获得硅化物复合涂层。研究了沉积态钼层和硅化物涂层的形成和微观组织结构,对比分析了有或无涂层C103合金的高温氧化行为。结果表明,阴极匀速旋转法使沉积的电流效率提高一倍多,钼层呈胞状结构、以非晶形式存在。经包埋渗硅后,生成了表层以MoSi2为主、中间层为NbSi2的复合涂层,涂层与基体结合良好。经1200 ℃氧化后,涂层试样的氧化抛物线速率常数分别为1.83×10-2 mg2cm-4h-1、8.08 mg2cm-4h-1,与之相比,裸合金的氧化抛物线速率常数则为5.87×103 mg2cm-4h-1,而且仅氧化10 h裸合金即出现了严重粉化;在高温氧化过程中,复合涂层表面生成SiO2垢层,具有优良的抗高温氧化性能。     

铌表面MoSi2高温涂层的形貌和结构研究

用料浆熔烧法在铌基体表面制备了。MoSi2高温抗氧化涂层。利用SEM，EDS，XRD等仪器分析研究了涂层的结构、元素分布、相分布与抗氧化性能的关系。结果表明：涂层与基体之间达到了冶金结合，通过扩散形成了过渡层，涂层的复合结构有利于提高抗氧化性能，用料浆熔烧法在铌基体表面制备MoSi2涂层是可行的。在氧化环境下，MoSi2涂层能在表面自生成一层SiO2玻璃层，阻止氧的进一步扩散。经2h以上高温氧化后，Si的扩散使涂层主体中形成多孔疏松组织。涂层元素与基体发生互扩散，在界面处形成大量集中孔洞并横向贯穿，使涂层从其主体与过渡层接触的界面处发生横向内部断裂，导致涂层失效。     

Morphology and structure of high temperature MoSi2 coating on niobium

The high-temperature oxidation-resistant MoSi2 coating on the Nb substrate was prepared by slurry firing. The structure, compositions and phase distribution of the coating and the relationship between these features and the oxidation resistance of the coating were investigated by SEM, EDS and XRD. The results indicate that the interface between the coating and the substrate has metallurgie combination, and a transitional layer is formed by diffusion. The multi-layer structure improves the oxidation resistance of the coating. The method of slurry firing to prepare the high-temperature MoSi2 coating on Nb is feasible. The SiO2 scale, which is formed on the surface of the coating by the self-oxidation of MoSi2, prevents the further diffusion of oxygen.     

等离子表面渗Nb对γ-TiAl合金扩散焊接性能的影响

采用双辉等离子表面渗金属技术在名义成分为Ti-45Al-8.5Nb (W, B, Y) 的γ-TiAl合金表面制备了Nb涂层。使用SEM、EDS、XRD等手段研究了不同渗Nb温度、焊接温度对γ-TiAl合金扩散焊接接头微观组织及性能的影响。结果表明,在800～950 ℃的渗Nb温度范围内均可以在γ-TiAl合金表面形成致密的Nb涂层,随着渗Nb温度的升高,Nb涂层晶粒尺寸和表面粗糙度均不断增大。典型的接头组织从基体向焊缝中心可分为4层:I层(Nb涂层与基体间扩散层)、II层(含有少量AlNb₂的Ti-Nb互溶层)、III层(富Ti-TiNi层)、IV层(近等原子比TiNi层)。接头的剪切强度随渗Nb温度和焊接温度的升高均呈先增大后减小的趋势。渗Nb温度为850 ℃,焊接温度为900 ℃时获得的接头剪切强度最高,达到82.0 MPa。     

金属钼表面Mo-C-N-Si涂层的制备及其高温氧化特性

在金属钼表面制备了Mo-C-N-Si涂层,研究了涂层在1600℃大气环境下的氧化特性,采用SEM和XRD分析了涂层的微观结构和物相组成。结果表明:Mo-C-N-Si涂层以MoSi2为主相,SiC和Si3N4为次相,存在Mo2C+MoxN中间层;由于扩散和氧化反应,涂层在氧化初期形成SiO2氧化膜层、MoSi2主体层、Mo5Si3层和Mo2C+MoxN层等四层结构,氧化后期转变为Mo2C+MoxN层和Mo3Si+Mo5Si3层的双层结构,导致涂层失效。由于C、N的引入,涂层抗热震性能良好。