FeAlMoCrC和FeAlNiMoCrC涂层在700℃氧化行为研究

采用高速电弧喷涂技术，将2种自主研发的丝材喷射到45钢表面制备出FeAlMoCrC和FeAlNiMoCrC涂层，分析两种涂层的组织结构，研究两种涂层和基体在700℃下的循环氧化行为。结果表明：FeAlMoCrC涂层主要由FeAl、FeCr和Fe2AlV三种金属间化合物和Al2O3、Fe3O4两种氧化物组成；FeAlNiMoCrC涂层主要由AlNi、AlCr2、FeNi3、Fe8Cr四种金属间化合物和Al2O3、Cr2O3和Fe3O4三种氧化物组成。计算涂层的孔隙率，发现涂层内部孔隙率较低，均在10%以内。对所绘制的氧化增重曲线进行拟合分析后发现，FeAlNiMoCrC涂层的氧化速率常数较小，氧化指数大，氧化速率慢，抗氧化性能良好。结合物相和组织分析，可以认为涂层中低的孔隙率和氧化产物中生成连续且致密的Al2O3、Cr2O3、Fe3O4等氧化膜，是抗高温氧化性能提高的主要原因。     

NiCrB电弧喷涂层的微观组织与高温氧化行为

为提高垃圾焚烧炉过热器的抗高温氧化和磨损性能,采用两种不同硼含量的NiCrB粉芯丝材,通过电弧喷涂方法在SA213-T2钢基体表面制备涂层,并对涂层的微观组织结构、高温氧化行为和显微硬度与商用NiCrTi涂层进行对比研究。结果表明:制备的NiCrB涂层呈典型的层状结构,孔隙率约为3%,氧化物含量较低,涂层的显微硬度明显高于NiCrTi涂层。NiCrB涂层在800℃下的氧化增重明显低于基体,其中B含量较低的NiCrB涂层氧化动力学曲线呈典型的抛物线形式,表面生成了连续致密的Cr_2O_3氧化膜,有效阻止了氧向涂层内部的渗透,对基材起到较好的防护作用,抗高温氧化性能略低于NiCrTi涂层。     

WC-CoCr涂层热震及高温抗氧化性能

采用超音速火焰喷涂技术在45钢表面制备了WC-CoCr涂层,在空气环境中对涂层进行高温氧化试验和热震试验,借助SEM、XRD和电子天平分别分析了涂层表面的微观形貌、氧化前后产物相组成及涂层增重。结果表明:HVOF制备的WC-CoCr金属涂层的组织致密、孔隙率低。该涂层经600℃静态空气氧化后,在涂层表面生成了CoWO_4、WO_3、Cr_2O_3等氧化产物,这些氧化物可阻止氧化的进一步发展,提高了涂层的抗氧化能力,涂层没有发生剥落。WC-CoCr涂层具有优异的抗氧化和热震性能。     

1Cr9MoVNbN叶片WC-Co防护涂层结构与性能研究

采用等离子喷涂和超音速火焰喷涂工艺在汽轮机动叶片1COMoVNbN母材上制备了WC-Co防护涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和高温冲蚀试验机等技术研究了涂层的相结构、表面形貌、孔隙率以及抗高温氧化和抗固体微粒侵蚀性能。结果表明,超音速火焰喷涂相比于等离子喷涂所制备的涂层中,WC相含量较多,涂层致密,孔隙率小。超音速火焰喷涂制备的含17%Co的WC-Co涂层相比于母材具有较好的抗高温氧化和抗固体微粒侵蚀性能。     

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.     

涂层致密度对MCrAlY涂层氧化行为的影响

采用等离子弧喷涂工艺和超音速火焰喷涂工艺分别制备MCrAlY涂层,利用扫描电镜、X射线衍射仪等研究不同工艺条件下涂层的结构特征,并研究2种涂层在1050℃时的高温氧化行为。结果表明:超音速火焰喷涂工艺可以使MCrAlY涂层获得更高的致密度,在高温氧化过程中该涂层表面可以形成致密的Al2O3膜层,减少NiO,尖晶石类复杂氧化物的出现。同等离子弧喷涂工艺相比,超音速火焰喷涂工艺制备的MCrAlY涂层在高温氧化过程中表现出较小的增重速率和致密的氧化物结构,有利于热障涂层整体寿命的提升。     

大气等离子喷涂制备Fe基非晶涂层及微观结构表征

选用Fe-10W-4Cr-3Ni-2Mo-4B-4Si-1C(质量比)合金粉末作为喷涂原料,采用大气等离子喷涂工艺在1Cr18Ni9Ti不锈钢基底上制备了Fe基涂层。利用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪表征了粉末和涂层的相组成和微观形貌;用Olycia m3分析软件对涂层的孔隙率进行测定;用热分析系统对喷涂粉末和涂层从室温到1 173K范围的DSC曲线进行记录;同时,测定了涂层的显微硬度和结合强度。结果表明:大气等离子喷涂制备的Fe基涂层与基底的结合良好,涂层较为致密并且存在灰色氧化带组织,表现出典型的层状组织结构;涂层不但具有低的表面粗糙度和孔隙率,而且具有高的显微硬度和结合强度;所制备涂层中的非晶含量约为89.2%(质量分数),涂层中形成的晶相组织为纳米晶结构。     

CoCrNiAlY涂层制备工艺对组织形态及高温氧化行为的影响

为了研究CoCrNiAlY涂层微观组织结构对高温氧化行为和剥落行为的影响规律,采用激光熔覆技术和等离子喷涂工艺在718高温合金表面制备CoCrNiAlY涂层,观察其微观组织形态。利用XRD和SEM对1150 ℃高温氧化试验样品进行氧化层物相分析和形貌观察。结果表明,激光熔覆制备的CoCrNiAlY涂层中形成了胞状亚结构的等轴晶凝固组织,相对于等离子喷涂制备的CoCrNiAlY涂层结构更致密,具有更优异的抗高温氧化性能。在高温氧化过程中,等离子喷涂CoCrNiAlY涂层生成了以Cr₂O₃结构为主的复合氧化膜。激光熔覆CoCrNiAlY涂层生成Al₂O₃结构的单一氧化膜,而且熔覆层中原位形成的Y₂O₃钉扎作用能有效提高氧化膜的抗剥落性。文中系统分析讨论了两种不同工艺制备的组织形态对高温氧化膜形成机制的影响,激光熔覆涂层在高温下主要是以界面扩散方式形成致密的Al₂O₃膜,等离子喷涂涂层在高温下以界面反应的方式快速形成Cr₂O₃复合氧化膜。     

32Cr2MoV钢表面电泳沉积氧化铝和氧化锆涂层*

采用电泳沉积法以硝酸铝和硝酸钇为溶胶原料,在溶胶制备过程中加入钇稳氧化锆(YSZ),然后利用电泳沉积和热压滤烧结相结合方法在32Cr2MoV钢表面制备氧化铝和氧化锆涂层。用扫描电子显微镜(SEM)对涂层表面及界面形貌进行观察,利用X射线衍射仪(XRD)对涂层物相组成进行分析,采用热循环氧化试验研究涂层对基体在900℃空气中高温氧化行为的影响。结果表明,利用电泳沉积法在32Cr2MoV钢表面制备了一层致密陶瓷涂层,经热压滤烧结后涂层由表层α-Al2O3和ZrO2、次表层Fe的氧化物以及靠近基体的Fe、Mo、Cr氧化物层组成,经900℃热循环氧化试验表明,陶瓷复合涂层对基体32Cr2MoV钢起到了一定的抗氧化保护作用。     

纳米Y-PSZ基高温封严涂层微观结构的研究

采用大气等离子喷涂（APS）工艺制备了纳米氧化钇部分稳定的氧化锆（Y-PSZ）基高温封严涂层,对涂层的元素分布、孔隙率及孔隙分布等微观结构特征进行了研究,探讨了高分子聚合物（高聚物）的造孔机理。结果表明：涂层的成分均匀,纳米Y-PSZ对h-BN具有良好的包覆效果,在高聚物烧蚀后的涂层中留下均匀分布的孔隙,涂层的孔隙率可达33.0%。     

Microstructure and thermal stability of a Ni-Cr-Co-Ti-V-Al high-entropy alloy coating by laser surface alloying

A Ni-Cr-Co-Ti-V-Al high-entropy alloy (HEA) coating with a BCC phase and (Ni, Co)Ti₂ compounds was synthesized successfully by laser surface alloying on a Ti-6Al-4V substrate. The microstructure of as-synthesized coatings is typical, namely, the microstructure from the coating to the substrate changes from equiaxed grains to columnar grains. After remaining at 900 °C for 8 h, the constituent phases remain unchanged. However, owing to the unceasing dissolution of the Ti element, the lattice parameter of the BCC HEA phase changes from 3.06 Å to 3.16 Å. The thermoanalysis results show that the oxidation film on the Ni-Cr-Co-Ti-V-Al HEA coating is mainly composed of TiO₂, V₂O₅, and NiO. The oxidation resistance of this HEA coating may be due to the existence of NiO and the alloying elements Al, Cr, and Co; the oxidation phenomenon should be responsible for the mass increase in the thermogravimetry process. The differential scanning calorimetry and the dynamic differential scanning calorimetry curves show that the synthesized HEA coating is stable below 1005 °C.     

感应重熔和激光重熔合成FeCrMnAlCu高熵合金涂层组织与性能

采用冷喷涂辅助感应重熔和冷喷涂辅助激光重熔2种方法分别在45#钢表面制备FeCrMnAlCu高熵合金涂层。对高熵合金涂层的相组成、显微组织、硬度、耐磨性能进行表征与检测,研究2种工艺对涂层耐磨性能的影响。结果表明：2种工艺合成的FeCrMnAlCu高熵合金涂层均由体心立方（bcc）和面心立方（fcc）相组成,涂层组织致密,元素分布均匀。涂层微观组织均为树枝晶+枝晶间组织,枝晶区主要由Mn、Cr和Fe元素构成,枝晶间主要为Cu,Al元素均匀地分布在枝晶和枝晶间。冷喷涂辅助感应重熔合成的FeCrMnAlCu高熵合金涂层中bcc晶格应变大于激光重熔合成的高熵合金涂层的晶格应变。冷喷涂辅助感应重熔合成FeCrMnAlCu高熵合金涂层的显微硬度是冷喷涂辅助激光重熔合成涂层硬度的1.2倍,是45#钢基体硬度的3.5倍。FeCrMnAlCu高熵合金涂层在摩擦过程中主要以磨粒磨损为主,采用冷喷涂辅助感应重熔合成的FeCrMnAlCu高熵合金涂层具有良好的耐磨性能,其磨损率比冷喷涂辅助激光重熔合成涂层的磨损率降低29%。     

高熵合金涂层的研究进展

高熵合金涂层由于具有优于块体高熵合金和传统金属涂层的综合性能,在航空航天、核反应堆等极端服役环境下表现出了巨大的应用潜力。涂层低维形态产生的尺寸效应与高熵合金独特的多主元特征效应相耦合,使高熵合金涂层具有成分均匀、组织致密、结构稳定、性能优异等特点。概述了近年来高熵合金涂层的主要制备技术,简述了不同制备方法的原理、优势及工艺参数对涂层组织性能的影响。探讨了高熵合金中主要组元元素的作用、相结构的调控准则、多相转变行为等微观组织结构的特征与影响机制。论述了高熵合金涂层的服役性能特点,包括力学性能、抗氧化、耐腐蚀、抗辐照及耐磨损性能,并分析了成分/工艺-组织-性能的关联及相关作用机理。最后,总结了目前研究工作中存在的关键科学难题与挑战,对高熵合金涂层的研究方向与应用前景进行了展望。     

激光沉积CoCrFeNiSi-(Al,Ti)非等原子比高熵合金涂层腐蚀行为研究

目的 研究Al、Ti元素对激光沉积CoCrFeNi系高熵合金涂层耐蚀性能影响,并对影响程度进行比较。方法 采用激光沉积技术在316L不锈钢表面制备CoCrFeNiSi0.5、CoCrFeNiSi0.5Al0.5、CoCrFeNiSi0.5Ti0.5、CoCrFeNiSi0.5Al0.5Ti0.5等4种成分的高熵合金涂层,并通过X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、场发射扫描电镜(FESEM)以及电化学工作站等设备对高熵合金涂层凝固组织形貌、微观组织形貌、微区成分分布、耐腐蚀性能等方面进行分析研究。结果 激光沉积CoCrFeNiSi0.5高熵合金涂层物相由单一面心立方(FCC)相构成;CoCrFeNiSi0.5Al0.5高熵合金涂层的主要物相变成体心立方(BCC)相,并形成沿晶界网状分布的Cr3Si相;CoCrFeNiSi0.5Ti0.5高熵合金涂层的主要物相仍为FCC相,但枝晶间区域内形成G相(Ni16Ti6Si7),枝晶内区域形成长条状Cr15Co9Si6相;CoCrFeNiSi0.5Al0.5Ti0.5高熵合金涂层的主要物相为BCC相,枝晶间区域G相含量较CoCrFeNiSi0.5Ti0.5合金涂层有所降低,枝晶内区域形成弥散分布的方形纳米Fe3Al相。激光沉积CoCrFeNiSi-(Al,Ti)非等原子比高熵合金涂层在0.5 mol/L H2SO4溶液中的耐蚀性大小依次为CoCrFeNiSi0.5Ti0.5>CoCrFeNiSi0.5Al0.5Ti0.5>CoCrFeNiSi0.5>CoCrFeNiSi0.5Al0.5。浸蚀后,CoCrFeNiSi0.5高熵合金涂层以均匀腐蚀为主,CoCrFeNiSi0.5Al0.5涂层产生严重的晶间腐蚀,CoCrFeNiSi0.5Ti0.5涂层主要为枝晶间区域的点蚀,CoCrFeNiSi0.5Al0.5Ti0.5涂层枝晶间区域的点蚀程度明显高于CoCrFeNiSi0.5Ti0.5涂层,且枝晶内区域的纳米第二相颗粒发生脱落。结论 在酸性溶液环境中,相较于Al元素,Ti元素可更有效地提升激光沉积CoCrFeNi系高熵合金涂层的耐蚀性能。     

工艺参数对高速电弧喷涂Al/1Cr13复合涂层组织结构的影响

用高速电弧喷涂制备Al/1Cr13复合涂层,采用3因素3水平正交试验法系统研究了电弧电流、电弧电压和喷涂距离对复合涂层的组织结构、孔隙率和氧含量的影响规律。采用扫描电镜对复合涂层的显微组织和孔隙率进行表征,采用氧氮含量分析仪测得涂层的氧含量。结果表明,在第9组喷涂参数即电弧电流为240A,电压为32V,喷涂距离为150mm的条件下制备的高速电弧喷涂Al/1Cr13复合涂层组织较致密,Al和1Cr13涂层的孔隙率最低分别为1.6%和2.2%。Al涂层氧含量显著低于1Cr13涂层,最低约为2%。     

MCrAlY 材料成分改性研究进展

MCrAlY(M=Ni,Co,NiCo)合金材料由于其优异的抗氧化性能和抗腐蚀性能,作为热障涂层的粘结层材料或单层涂层得到广泛应用。简要介绍了MCrAlY涂层的组成,并系统地阐述了为提高MCrAlY粘结层材料性能,对粘结层成分进行改性的研究进展,主要包括掺杂合金元素和掺杂硬质颗粒。合金元素主要包含Re,Hf,Pt,Ta等稀土元素;硬质颗粒主要是CeO2,Al2O3等氧化物颗粒。通过掺杂合金元素和硬质颗粒,可以使MCrAlY涂层中形成扩散障碍,改变MCrAlY的相组成,降低粘结层中Al,Cr等元素的扩散速率,从而有效地降低TGO的生长速率,延缓TGO中尖晶石相的形成,提高MCrAlY涂层的抗氧化性能。     

梯度NiCrAlY涂层的1000和1100℃氧化行为研究

采用电弧离子镀技术及后续热处理工艺在镍基高温合金上制备了均匀NiCrAlY涂层和梯度NiCrAlY涂层,分析了2种涂层的组织结构,对比研究了2种涂层静态空气下1000和1100℃恒温氧化行为以及1100℃的循环氧化行为.结果表明:均匀NiCrAlY涂层由γ′/γ相和少量β-NiAl相、α-Cr相组成,成分分布均匀;梯度NiCrAlY涂层具有外层富Al和内层富Cr的结构,其中外层由β-NiAl相和少量γ′/γ相、α-Cr相组成.一方面,梯度涂层的初始Al含量较高;另一方面,氧化过程中其富Cr区两侧出现了对富Al区的Al向基体扩散起阻碍作用的Cr(W)析出带.这两方面使梯度涂层长时间维持更多的Al存储相,提升了氧化膜的迅速生成及再生成能力,从而使涂层具有较好的抗氧化性能.     

空气等离子喷涂板式SOFC连接体保护涂层的性能

在中温平板型固体氧化物燃料电池（ITSOFC）设计中,可以采用金属作为连接材料.Fe-16Cr合金是较为理想的金属连接材料,它存在的主要问题是连接体阴极侧表面的高温氧化和腐蚀,会导致电池性能的迅速降低.本研究采用空气等离子喷涂的方法喷涂了La0.8Sr0.2MnO3-σ（LSM）钙钛矿型保护涂层在金属连接板的表面,并讨论了主要过程参数及其作用效果.研究发现,喷涂后热处理是降低涂层孔隙率的有效方法,经喷涂-热处理后,涂层的孔隙率可降至1%以下.等离子喷涂LSM保护涂层后,Fe-16Cr合金的耐高温氧化性能明显提高,氧化速率降低了76%.     

Microstructure and mechanical properties of hot pressed Mo–Cr–Si–Ti in-situ composite,and oxidation behavior with silicide coatings

The present study deals with the synthesis of Mo–16Cr–4Si–0.5Ti (wt.%) alloy by means of the reactive hot pressing method. The microstructure of the synthesized alloy consisted of (Mo, Cr, Ti)₃Si, and the discontinuous α-(Mo, Cr, Ti)_SS phases. The isothermal oxidation behavior of the alloy was investigated in air at 1273 K for 50 h. The alloy exhibited superior oxidation behavior in comparison with single phase molybdenum alloys, because of the formation of SiO₂ and Cr₂O₃ over the alloy surface. The flexural strength determined from three-point bend testing of single edge notch bend specimens was 615 ± 15 MPa. The dominant mechanism of fracture was identified as transgranular mode of crack propagation. To extend the life of the alloy under oxidizing atmosphere, silicide based oxidation resistant coatings were developed, using halide activated pack cementation process. The kinetic behavior of growth of the coating was established and the activation energy of the coating process was determined to be 52.5 kJ/mol. Isothermal oxidation tests of the coated alloy at 1273 K for 50 h, revealed a small weight gain at the initial stages of oxidation followed by no change of weight, indicating the protective nature of the coating.     

超音速火焰喷涂制备钼基非晶纳米晶涂层的研究

利用超音速火焰喷涂(HVOF)技术，在0Cr13Ni5Mo不锈钢基体上成功的制备出了一种Mo基非晶纳米晶复合涂层。这种涂层组织均匀致密，孔隙率小，约为3．4％，呈典型的层状分布；涂层是由非晶和纳米晶组成，在非晶基体中均匀分布了纳米晶粒。根据衍射峰的半高宽，计算出Mo基涂层中的晶粒平均尺寸为25～70nm，与通过透射电镜的观察得到晶粒大小数20～70nm相符；涂层具有较高的硬度，平均显微硬度为859．0HV50；所获得的非晶纳米晶涂层具有较高的热稳定性，在1020．1℃以下使用，不会发生晶型转变。