Fe/Cr涂层抗高温氧化性能研究

采用电弧喷涂技术,用Fe/Cr粉芯丝材制备出新型的耐高温抗氧化涂层.使用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等分析仪器研究了Fe/Cr涂层的抗高温氧化性、高温氧化动力学及其微观结构,并与传统的NiCr合金涂层进行了对比.试验结果表明:该涂层的抗高温氧化性能较好,与传统的NiCr合金涂层相比具有一定的优势;表面生成均一致密的Cr2O3膜是其抗高温氧化性能优异的主要原因.     

溶胶-凝胶法制备的Al2O3涂层及其对γ-TiAl合金的高温氧化防护

以异丙醇铝(Al(OC3H7)3)为原料,采用溶胶-凝胶法在γ-TiAl基合金表面制备Al2O3涂层.以空白样品做对照,研究涂层的作用机制以及涂层对γ-TiAl基合金1 000 ℃高温氧化行为的影响.结果表明:采用浸涂工艺制备的涂层表面均匀、无裂纹,主要由γ- Al2O3相组成,厚度约为0.8 μm;等温氧化110 h后,空白试样和Al2O3涂层试样的氧化抛物线速率常数分别为4.85×10-12 和 3.31×10-13 g2/(cm4-s),涂层明显提高合金的抗氧化能力及抗循环氧化能力;空白样品上形成的氧化膜出现分层现象,而在涂层样品的Al2O3涂层中存在金红石型TiO2和α-Al2O3混合物.     

超音速火焰喷涂制备Cr涂层及其高温氧化性能

目的 探索一种高效制备核电用包壳材料锆合金表面涂层的方法,以应对反应堆失水事故,提高核电安全性。方法 采用超音速火焰喷涂技术在Zr-4合金表面制备Cr涂层,高温氧化试验在1 200 ℃空气中进行,氧化时间30 min。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)研究Cr涂层氧化前后的结构和显微组织。采用划痕法测试涂层与基体结合力。采用金相显微镜(OM)观察划痕形貌。结果 采用HVOF技术可以在锆合金基体上制备的涂层主要为体心立方结构的金属Cr同时含有约21.9%密排六方结构(HCP)的Cr2O3。抛光可以减少Cr2O3至约10.1%。涂层由层状结构、未熔颗粒和少量孔隙组成。Cr2O3主要分布在层状结构中,未熔颗粒形成的不规则块状结构基本不含氧,主要为金属Cr。涂层与基体的结合力为77~94 N。喷涂工艺参数为煤油流量23 L/h、氧气流量880 L/h、喷涂距离330 mm的涂层样品结合力最高,为94 N。在1 200 ℃空气中氧化30 min后,涂层靠近基体界面处形成11~14 μm厚的连续致密层,而靠近界面处的基体衬度变暗,能谱信息显示含有Cr,因此判断该区域为Zr-Cr过渡层,厚度约为5 μm,说明存在基体与涂层的互扩散层,且Zr向涂层的扩散速率明显大于Cr向基体的扩散速度。有Cr涂层的Zr基体没有发生氧化,涂层内部也基本没有氧化,而没有涂层覆盖的基体氧化层厚度在120 μm以上。结论 采用HVOF可以在锆合金表面制备出结构致密、与基体结合紧密且抗高温氧化性能优良的金属Cr涂层。     

高速电弧喷涂FeMnCrAl/Cr3C2涂层的组织及抗高温氧化性能

使用高速电弧喷涂技术在20钢样品表面制备了FeMnCrAl/Cr3C2涂层,采用光学显微镜、场发射扫描电镜、能谱分析和X射线衍射等方法,对FeMnCrAl/Cr3C2涂层的显微组织和抗高温氧化性能进行了研究,并与电弧喷涂FeMnCr/Cr3C2涂层、316L不锈钢涂层和20 钢做了对比试验.研究结果表明:三种涂层增重均明显低于20 钢;FeMnCrAl/Cr3C2涂层氧化增重约为FeMnCr/Cr3C2涂层的1/3,略高于316L不锈钢涂层,FeMnCrAl/Cr3C2涂层氧化后表面生成具有保护性的、致密的含Al氧化膜和Cr与Fe的复合氧化物,阻碍了涂层进一步氧化,但存在不均匀性,原因是电弧喷涂层成分的微观不均匀性和涂层中存在孔隙.     

Sol-gel热压法制备Al2O3-Y2O3复合陶瓷涂层及其抗高温氧化性能

探索了一种采用sol-gel热压法一次性制备厚陶瓷涂层的新技术。在样品表面涂覆sol-gel与纳米、微米氧化物粉组成的混合料浆层,在加压加热条件下使其固化,然后在高温下烧结,可以在试样表面获得一层连续的、厚的Al2O3-Y2O3陶瓷涂层。扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）结果分析表明,该陶瓷涂层与基体结合紧密,厚度大于10μm。900℃氧化的实验结果表明,用此方法制备的陶瓷涂层具有优异的抗高温氧化性能。     

FeAl/Al_2O_3复合阻氚涂层制备技术的研究进展

FeAl/Al_2O_3复合膜层是聚变堆氚增殖包层及辅助涉氚系统结构材料首选的阻氚涂层。其制备过程通常需要铝化和氧化2个步骤,铝化是Al原子与基体Fe原子通过相互扩散在基体表面形成铁铝固溶体(Fe,Al)或Fe-Al金属间化合物过渡层;氧化是使铝化涂层表面选择性氧化形成Al_2O_3膜。该阻氚涂层的制备可采用物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、热浸铝化(HDA)、包埋渗铝(PC)、等离子体喷涂(PS)和电化学沉积(ECD)等技术。相对而言,CVD、HDA和PC等3种技术有较好的应用前景,有望成为聚变堆中FeAl/Al_2O_3阻氚涂层工程化制备的候选技术而ECD技术因其制备过程容易控制、涂层性能稳定、可涂镀复杂结构件等特点在FeAl/Al_2O_3阻氚涂层制备方面颇具吸引力。     

TC4钛合金表面Cr2AlC涂层的制备及高温氧化行为

目的为提高钛合金在高温条件下的服役性能,探索Cr_2AlC MAX相涂层对TC4钛合金高温氧化行为的影响。方法采用低温反应直流磁控溅射技术再经后续退火处理的方法,在TC4钛合金基体表面制备高纯度的Cr_2AlC MAX相涂层。利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜和能谱仪,分析了Cr_2AlC涂层试样和TC4钛合金经750℃静态空气恒温氧化前后的相结构、组织形貌和组分,并采用分析天平测定了TC4钛合金和Cr_2AlC涂层试样在750℃静态空气中氧化后的氧化动力学曲线。结果经750℃空气中氧化10 h后,TC4钛合金表面形成厚度达13μm的疏松团絮状TiO_2和Al_2O_3混合物氧化膜。而Cr_2AlC涂层表面能够形成以α-(Al,Cr)2O3为主的致密氧化膜,可有效阻止氧元素向内扩散。Cr_2AlC涂层试样在750℃空气中氧化90 h后的氧化增重仅为无涂层TC4钛合金在750℃空气中氧化10 h后的6.6%。结论 Cr_2AlC涂层具有优异的抗高温氧化性能,能够明显提高TC4钛合金的使用温度,使其氧化增重速率大幅降低。     

不同配比Cr2O3陶瓷涂层耐磨性能评定

采用CP-3000型亚音速喷枪在45钢上分别喷涂含Cr2O3为85％、95％和100％的陶瓷涂层,并在1055℃电阻炉中烧结.在室温下分别对不同比例Cr2O3陶瓷涂层进行干摩擦和水润滑摩擦,分析不同比例涂层与对摩件的质量损失随时间和载荷的变化.结果表明:一定量釉料的添加可以提高Cr2O3陶瓷涂层的耐磨性,且95％Cr2O3陶瓷涂层耐磨性能最优.     

纳米CeO2改性渗Cr涂层在5%O2 - 0.1%SO2-N2气氛中的高温氧化

用Ni-CeO2复合电镀后包埋渗Cr的方法在低碳钢上制备了CeO2改性的渗Cr涂层.在900℃、含与不含0.1%SO2的5%O2+N2气氛中,与低碳钢渗Cr及镀Ni渗Cr涂层的氧化行为进行了对比研究,获得如下结果：（1）CeO2改性的渗Cr涂层抗高温氧化性能最好,低碳钢渗Cr涂层最差;（2）SO2促进了碳钢渗Cr及镀Ni渗Cr涂层的退化,而对CeO2改性渗Cr涂层的氧化影响不大.利用光学显微镜（OM）、X光衍射（XRD）、扫描电镜与能谱（SEM/EDAX）对氧化前后试样分析表明：CeO2通过细化改性渗Cr涂层晶粒以及改变渗层Cr含量,避免氧化膜/涂层界面附近由于Cr的贫化而析出Ni2Cr相,延缓α相向γ相的快速转变,来提高氧化膜的抗剥落性能;同时,CeO2还通过改变涂层氧化膜的生长机制降低了SO2对涂层抗高温氧化性能的影响.     

FeAl/Al2O3阻氚层的制备新方法与性能

采用室温熔盐电镀-热处理-氧化复合新技术在HR-2不锈钢上制备FeAl/Al2O3涂层,研究热处理温度与时间的影响,并表征涂层的形貌和性能。结果表明：25 ℃下,采用AlCl3-MEIC（氯化1-甲基3-乙基咪唑）室温熔盐在HR-2钢表面获得结合良好的纯铝镀层,电沉积速率为15 μm/h。650~750 ℃热处理1~30 h, 在HR-2钢表面制得成分渐变、冶金结合、无缝隙与裂纹的3~27 μm铝化物涂层,涂层截面为3层或2层结构;涂层生长速率与热处理温度的关系符合Arrhenius公式,活化能为116.9 kJ/mol;涂层的形成过程受原子扩散过程控制,其厚度随热处理时间变化呈抛物线关系。700 ℃,4 h热处理涂层在10-2 Pa O2中继续氧化80 h后,最终涂层由约30 μm厚的FeAl扩散层及约110 nm的γ-A12O3膜组成,600 ℃下该涂层使HR-2不锈钢的氘渗透率降低3个数量级;涂层可抗750 ℃~室温冷热循环20次以上。该方法有望成为ITER中氚包容容器表面阻氚层的候选制备新方法。     

TC4钛合金微弧氧化Cr2O3复合膜的结构及摩擦磨损性能

在硅酸钠-六偏磷酸钠体系中添加1.5g/LCr2O3微粒,采用直流脉冲模式在TC4钛合金表面制备了微弧氧化Cr2O3复合膜;利用SEM、EDS、XRD对复合膜的微观形貌和结构进行观察分析,并研究了其在室温干摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果表明:复合膜的表层孔隙中填满了微小的Cr2O3颗粒,表面只能看到少量微孔;膜层中除了金红石及锐钛矿TiO2相、Al2TiO5相外,还出现了大量的Cr2O3相,且包含了一些非晶态的P、Si化合物。在相同的摩擦磨损条件下,微弧氧化Cr2O3复合膜的摩擦系数更小、磨损量更低、耐磨性也更好。在10N载荷下,复合膜只发生轻微的粘着磨损,几乎未发生磨粒磨损;在50N载荷下,复合膜的磨粒磨损有所加剧,且出现了第二相粒子流失。Cr2O3颗粒主要通过对微弧氧化膜孔隙的填充作用、载荷转移作用及弥散强化作用,来降低复合膜的摩擦系数和表面磨损量,提高其耐磨性。     

等离子喷涂Cr2O3/TiO2高温氧化物陶瓷 复合涂层的微观组织及电化学性能

目的 通过等离子喷涂工艺,在油气管道X70管线钢表面制备出Cr2O3/TiO2高温氧化物陶瓷复合涂层,研究该涂层的微观组织与电化学性能。方法 采用9MC Plasma Control Unit等离子喷涂系统,基于线切割尺寸为40 mm×24 mm×6 mm的X70管线钢基体表面,沉积Cr2O3/TiO2高温氧化物陶瓷复合涂层。利用金相显微镜和扫描电子显微镜观察该复合涂层的微观组织与形貌,利用X射线衍射仪分析该复合涂层的物相组成,利用电化学工作站测定该复合涂层的电化学腐蚀性能。结果 Cr2O3/TiO2高温氧化物陶瓷复合涂层由完全熔化区和半熔化区双态组成,呈典型的等离子喷涂层状结构,层与层之间结合较紧密,分布着富Cr2O3沉积区与富TiO2沉积区,无相变产生,完全熔融的TiO2液相可嵌入到未完全熔融的Cr2O3结构间隙中形成固溶结构。经电化学腐蚀性能测试,其自腐蚀电位介于-0.4 ~ -0.3 V之间,高于X70管线钢基体的自腐蚀电位-0.6 ~ -0.5 V,腐蚀倾向滞后,表现出好的抗腐蚀性能。结论 研究选取的等离子喷涂参数较合适,并成功制备出了能明显提高油气管道X70管线钢抗电化学腐蚀性且组织分布均匀的Cr2O3/TiO2高温氧化物陶瓷复合涂层。     

Cu-20Ni-30Cr合金在700℃和800℃纯氧气中的氧化

研究了三元复相合金Cu-20Ni-30Cr（at%）在700℃和800℃纯氧气中的氧化行为，合金由三相组成，具有最大Cu浓度和最小Cr浓度的α相为合金的基体，中间浓度的Ni和Cr的β相和富Cr的γ相以颗粒状态分布在合金基体中。合金在2个温度下的氧化动力学曲线偏离抛物线规律，其氧化增重随时间延长而降低，合金氧化速率随温度升高而加快，合金形成了复杂的氧化膜结构，外层为富Cu氧化物，中间层为尖晶石层，最内层为不规则但连续的Cr2O3膜，合金中的复相组织限制Cr在合金中的扩散，抑制了外氧化膜的形成。     

Cr_3C_2基金属陶瓷高温抗氧化性能的研究

采用真空液相烧结法制备Cr3C2基金属陶瓷。通过成分设计、优化烧结工艺提高Cr3C2基金属陶瓷力学性能。测定并计算了恒温氧化增重与时间的函数关系遵循抛物线规律。结果表明,这类陶瓷材料的氧化为"钝性氧化",显示出较好的抗氧化性。通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等检测方法,分析了氧化膜的组成与结构,探讨了材料的氧化机制。     

Ti6Al4V合金微弧氧化/Cr2O3复合膜的生长特征与摩擦学性能

在电解液中加入Cr2O3微粒,以共生沉积方式在Ti6Al4V表面制备微弧氧化/Cr2O3复合膜。利用SEM、XRD、EDS等研究复合膜的生长规律及Cr2O3微粒的沉积方式,通过摩擦试验分析不同生长阶段的复合膜的摩擦磨损性能。结果表明:在0~30min内,复合膜呈近线性增长,之后生长速率明显变缓,膜层表面也出现了大块Cr2O3团聚体。复合膜主要由金红石TiO2、锐钛矿TiO2及Cr2O3相组成。随氧化时间的延长,锐钛矿TiO2逐渐减少,金红石TiO2含量先增加后趋于稳定,而Cr2O3的衍射峰一直增强,复合膜的耐磨性也先增后降;氧化20min时,复合膜的耐磨性最好,摩擦系数最小,仅为0.05~0.2。在微弧氧化过程中,Cr2O3微粒或直接吸附在熔融态的氧化膜表面,或被捕捉、锁定到氧化膜的表面微孔中;也有部分Cr2O3微粒被高温放电产生的熔融物裹覆并一起遇冷凝固到氧化膜中。     

Tb4O7掺杂Cr2O3-TiO2基高发射率涂层结构及辐射性能研究

目的提高Cr_2O_3-TiO_2基陶瓷涂层的辐射性能。方法以Cr_2O_3、TiO_2、NiO、Tb_4O_7为原料,经喷雾干燥及高温烧结致密化处理,制备成具有尖晶石和钙钛矿混合结构的Cr_2O_3-TiO_2基复合团聚型粉体,利用大气等离子喷涂法在TC4钛合金表面制备Tb_4O_7掺杂型Cr_2O_3-TiO_2基陶瓷涂层。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、IRE-2红外辐射测试仪,分别对样品的显微组织结构、物相组成及辐射性能进行了表征。结果团聚造粒后,复合粉体的球形度和流动性较好,可满足等离子喷涂连续使用。所制备的Cr_2O_3-TiO_2基陶瓷涂层的熔化状态较好,扁平化程度较高,涂层中掺杂的Tb元素分布均匀。Tb~(4+)、Tb~(3+)等稀土元素离子,取代NiCr_2O_4尖晶石结构中半径相近的Ni~(2+)、Cr~(3+),导致单一晶体结构的整齐度被破坏,晶胞体积的变化引起晶体结构产生畸变,辐射条带显著加强和宽化。随着Tb_4O_7掺杂量的增多,涂层发射率逐渐上升,当掺杂量达到7.5%时,涂层在600℃的法向全发射率达到0.91。结论 Tb_4O_7稀土氧化物的加入可以有效提高Cr_2O_3-TiO_2基陶瓷涂层的发射率,稀土掺杂诱发尖晶石晶体结构畸变,从而改善涂层的辐射性能。