La2O3改性ZrB2-SiC涂层C/C复合材料全温域抗氧化行为研究

采用高温反应熔渗工艺制备了ZrB2-SiC和La2O3改性ZrB2-SiC涂层C/C复合材料,对比了2种涂层试样在中温(7001100℃)、高温(12001500℃)和超高温(2000℃以上)3个温域范围内的抗氧化性能。结果表明:7001100℃范围内,随着温度的升高,La2O3改性涂层试样的抗氧化性能提升幅度在逐渐提高。1200℃1500℃范围内,涂层均表现出良好的长时抗氧化性能,La2O3改性ZrB2-SiC在1200℃下恒温氧化250 h后,仍保持微量的增重;涂层复合材料良好的高温抗氧化性能主要其在是由于氧化过程中涂层表面形成的La-Si-O复合玻璃层和钉扎相ZrSiO4的协同作用提升了氧化膜的高温稳定性。在2000℃以上的氧乙炔火焰烧蚀环境下,La2O3的添加使得ZrB2-SiC涂层的质量烧蚀率和线烧蚀率均降低了近50%,其主要归因于表层La-Si-O和ZrO2玻璃层对烧蚀缺陷的愈合作用。     

C／C复合材料Mo-Si-N抗氧化涂层的制备

在C／C复合材料表面采用熔浆法制备Mo—Si系涂层的烧结过程中通入氮气，开发了Si3N4．MoSi2／Si—SiC（Mo-Si-N系）多层抗氧化涂层，并初步考察了涂层的抗氧化性能。结果表明，多层涂层的致密性主要受制于起始氮化温度。只有在Si熔点以上通入氮气，才能获得致密无缺陷的涂层。多层涂层的底层为SiC，外层为Si3N4，中间层为MoSi2／Si。这种多层涂层的抗氧化性能与涂层中MoSi2的含量有关；MoSi2含量为30％（体积分数，下同）和40％时，与真空中合成的Mo-Si涂层相比，高温抗氧化性能显著改善，抗氧化温度提高到1400℃～1450℃。     

Al4SiC4陶瓷的高温氧化行为

从高温氧化动力学、组织的微观进化及高温氧化机理3部分对Al4SiC4陶瓷在1200℃-1700℃的高温氧化行为进行了系统的研究。研究结果表明，Al4SiC4陶瓷具有优异的高温抗氧化性能。氧化动力学符合抛物线规律，其氧化活化能经计算为220kJ／mol。XRD及SEM研究结果表明：Al4SiC4陶瓷在1200～1500℃的氧化表面物相为Al2O3和铝硅酸盐玻璃；而高温氧化表面（1600℃～1700℃）的物相由Al2O3，莫来石和铝硅酸盐玻璃构成。由氧化试样横截面观察得知氧化层按其特征的不同分为3个部分：具有较多细小尺寸孔洞的反应层；具有较大尺寸孔洞的中间层和致密的外氧化层。在高温抗氧化机理部分中首先从热力学上计算了氧化过程中各反应的生成焓和吉布斯自由能；然后对高温氧化过程进行了推理和分析；最后根据上述试验及推理结果建立了Al4SiC4陶瓷的高温抗氧化模型。     

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。     

Si/Zr质量比对SiC/ZrC涂层微观结构及其抗氧化性能的影响

采用反应熔体浸渗工艺在C/C复合材料表面制备了SiC和SiC/ZrC抗氧化涂层,并利用XRD、SEM和EDS等分析手段研究了浸渗粉料中Si/Zr质量比对抗氧化涂层的相组成和微观结构的影响,考察了SiC和SiC/ZrC涂层在1 400℃静态空气气氛中的抗氧化性能,初步探讨了SiC/ZrC涂层的抗氧化机制。研究结果表明,随着浸渗粉料中Si/Zr质量比由4.5∶1.5降至2∶4,制得的SiC/ZrC涂层表面涂层致密性呈现先增后降的趋势,而涂层厚度则逐渐减小。当Si/Zr质量比为3∶3时,制得SiC/ZrC涂层C/C复合材料表现出优良的抗氧化性能,在空气气氛中1 400℃氧化6h后增重0.5%左右,而SiC涂层C/C复合材料在相同条件下氧化5h后失重率达到26.71%。SiC/ZrC涂层优异的抗氧化性能与其表面形成的一层致密、连续的ZrSiO4-SiO2-ZrO2玻璃膜有关。     

溅射AlY涂层对Ni基合金氧化行为的影响

为了研究溅射AlY涂层对合金高温氧化行为的影响,在某镍基合金表面上采用磁控溅射方法制备了AlY涂层,并研究了无涂层镍基合金、溅射AlY涂层的镍基合金以及经过预氧化的溅射AlY涂层镍基合金在1100℃空气中的氧化行为。结果表明,无涂层镍基合金形成了疏松、不完整的Al2O3、Cr2O3以及NiO的混合氧化膜,且发生了内氧化;溅射AlY涂层镍基合金形成了均一的α-Al2O3膜,比表面裸露的镍基合金具有更好的抗氧化性能。溅射AlY涂层试样经预氧化后在试样表面优先形成了保护性γ-Al2O3膜,高温氧化时转变为致密的α-Al2O3膜,因此可进一步提高其抗氧化性能。稀土元素Y改善了Al2O3膜与基体的粘附性,提高合金的抗氧化性能。讨论了氧化膜的形成机理。     

渗硅对Mo-12Si-8.5B-(8Cr)合金抗高温氧化性能的影响

在Mo-12Si-8.5B-(8Cr)两种合金表面包埋渗制备硅化钼涂层,以改善Mo-12Si-8.5B合金的高温抗氧化性能,分析了材料的微观组织结构及其高温氧化行为。结果表明:通过包埋渗技术在Mo-12Si-8.5B合金表面获得了一层致密的硅化物涂层,添加Cr的合金表面硅化物涂层生长速率约是不含Cr合金的2倍。未渗硅处理的合金在800~1200℃的高温抗氧化性能较差。渗硅后Mo-12Si-8.5B和Mo-12Si-8.5B-8Cr合金在1200℃氧化60 h质量仅减少0.22和0.24 mg/cm~2。渗硅处理大幅度地改善了合金的高温抗氧化性能,归因于硅化钼涂层表面连续致密氧化膜的形成。     

一种铸造镍基高温合金的氧化行为

利用静态增重法研究了铸造镍基高温合金Ni48Cr28在950~1 150℃温度范围内的氧化动力学,其氧化动力学曲线符合抛物线规律。环境扫描电镜和能谱分析表明,Ni48Cr28合金的氧化膜最外层是比较致密的Mn与Cr氧化物混合层,中间层是性质致密的Cr2O3氧化层,内层是疏松的SiO2。通过研究添加稀土元素的Ni48Cr28在950~1 150℃高温抗氧化性能,结果表明适当的稀土元素能提高合金在950~1 150℃的抗氧化性能。     

Si对Hastelloy N合金氧化行为的影响

利用不连续增重法,研究了不同Si含量的Hastelloy N合金850℃恒温氧化行为。结果表明,随Si含量的增加,氧化动力学曲线保持抛物线规律。氧化100 h后,氧化膜出现分层现象,最外层均为NiO、NiFe_2O_4等复合氧化物,中间层为Cr_2O_3、MoO_2等氧化物。由于在氧化层与基体界面处形成连续致密的SiO_2层,有效阻止Cr离子向外扩散进入氧化层,促进Hastelloy N合金中间层形成较为致密的Cr_2O_3氧化层,提高了合金的抗氧化性能。     

高温合金表面激光熔覆MoSi_2/Al复合涂层的组织结构和性能

为了制备陶瓷基复合涂层,采用CO2激光器在GH586表面激光熔覆Mo Si2/Al复合涂层,研究了熔覆层的组织结构、显微硬度,并进行了1050℃下的抗高温氧化试验。结果表明,熔覆层剖面中热影响区、结合区、熔覆区分布较为明显,在其他条件不变时,随着Al含量的增加,熔覆层显微硬度逐渐降低,复合涂层硬度最高为920 HV,熔覆层抗氧化性能逐渐增强,这是由于氧化膜中Al2O3含量逐渐增多。而与基体相比,熔覆层氧化膜更为致密,抗剥落能力增强,高温抗氧化性能明显提高。     

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.     

钼合金Si-Cr-Ti-SiC-MnO2涂层的制备与组织性能

目的提高钼合金表面红外辐射性能与高温抗氧化性能。方法将40%Si、20%Cr、5%Ti、5%SiC、30%Mn O_2五种粉末与酒精、粘结剂按比例混合,经高能球磨6 h后制得均匀悬浮的料浆。采用浸涂工艺对预处理的钼合金试样进行料浆涂覆,在1450℃真空烧结0.5 h后制得黑色涂层试样。通过1550℃高温静态氧化试验和高温粒子薄片红外光谱综合实验系统,分别评价涂层抗氧化性能和红外辐射性能,并通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对涂层氧化前后的形貌与组织结构进行分析。结果钼合金Si-Cr-Ti-SiC-Mn O_2涂层在700、900℃的法向发射率分别达0.85、0.88,在1550℃高温有氧环境下的静态抗氧化寿命达7 h。原始涂层呈四层复合梯度结构,由外到内分别为SiO_2+Mn3O_4+M5Si3(M指Mo、Cr、Ti)、M5Si3+Mo Si2+SiC+Mn3O_4、Mo Si2、Mo5Si3。高温氧化后,涂层四层复合结构由外到内转变为SiO_2+(Cr,Ti)5Si3+Mn Cr2O_4+Mn3O_4、M5Si3+SiC+Mn Cr2O_4+Mn3O_4、Mo Si2、M5Si3。高温氧化过程中,MSi2高硅化物层逐渐转变为M5Si3低硅化物层,涂层表面形成含Mn Cr2O_4尖晶石相和复合硅化物的致密SiO_2玻璃膜。结论 Si-Cr-Ti-SiC-Mn O_2涂层可有效提高钼合金基体的红外辐射性能和高温抗氧化性能,复合硅化物与硅锰复杂氧化物具有良好的抗氧化性能、高辐射性能和自愈合性能。     

AZ91D镁合金表面激光熔覆Al/Zr+B4C/Y2O3复合涂层组织与性能研究

目的提高AZ91D镁合金表面硬度,改善其耐腐蚀性。方法在AZ91D镁合金上涂覆Zr/B_4C/Y_2O_3混合粉末,之后使用Nd:YAG固体激光器进行激光熔覆。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对涂层的形貌和物相组成进行分析。利用显微硬度计以及电化学工作站对涂层的硬度和耐腐蚀性进行测定。结果涂层主要包含Zr C、Al3Zr和Al12Mg17等金属间化合物以及Al3Y等稀土化合物。添加0.8%Y_2O_3的涂层中有部分微小气孔,而添加1.6%Y_2O_3的涂层中气孔消失。析出相主要以颗粒状和棒状的形式存在,并且为了减小表面积,使得表面能降低,部分析出相聚集在一起长大。涂层硬度整体呈梯度分布,涂层外层的硬度最高(添加0.8%Y_2O_3的涂层为306.10HV,添加1.6%Y_2O_3的涂层为310.15HV)。添加0.8%Y_2O_3和1.6%Y_2O_3的涂层的平均硬度分别为291.613HV和294.495HV,相较于基体提高了4倍。添加0.8%Y_2O_3和1.6%Y_2O_3的涂层的自腐蚀电位分别为-1.269 V和-1.215 V,自腐蚀电流密度分别为7.655×10-5 A/cm2和2.048×10-6 A/cm2,相对于基体耐腐蚀性有了显著的提高。结论涂层中各种陶瓷相、金属间化合物和稀土化合物的存在使复合涂层的硬度、耐腐蚀性能均有了明显的提高。     

热喷涂NiCr/纳米(Zr02 +8% Y2 03)梯度涂层的性能研究

针对陶瓷涂层与基体结合强度低、易产生裂纹和剥落的现象,进行了抗高温氧化耐磨损梯度涂层的设计。采用热喷涂技术在45钢基体表面制备由面层[纳米（Zr02 +8% Y203）]和中间层(NiCr)组成的梯度涂层,利用扫描电镜(SEM)、测定结合强度、测定显微硬度、X射线衍射等方法研究涂层的性能。结果表明：NiCr/纳米(Zr02+ 8% Y203)梯度涂层显微组织结构致密,与NiCr合金涂层和纳米(Zr02,+8% Y2 03)陶瓷涂层相比,具有更优良的力学性能;梯度涂层的面层有利于提高基体的耐高温、耐磨损性能,而中间层则有利于改善基体的抗高温氧化性能。     

NiCoCrAlY粘结层喷涂工艺对8YSZ热障涂层抗氧化性能的影响

目的 提高热障涂层粘结层的抗高温氧化性能。方法 分别采用爆炸喷涂和等离子喷涂工艺制备了不同结构的NiCoCrAlY粘结层,之后通过等离子喷涂制备8YSZ陶瓷层,分析了两种粘结层结构的热障涂层的抗高温氧化性能。利用XRD、SEM和EDS对涂层物相、微观结构和成分进行分析,并对其与基体结合状态、抗高温氧化性能进行研究。结果 爆炸喷涂粘结层内部组织致密,缺陷较少,与基体结合处孔隙少;而等离子喷涂粘结层内部的层状特征明显,孔隙较多,表面粗糙度较低。爆炸喷涂粘结层氧化5 h后,表面生成了一层富Al2O3的致密氧化物膜;而等离子喷涂粘结层表面形成了富NiO、CoO、Cr2O3和Ni(Cr,Al)2O4的氧化物层,并出现了许多微裂纹和片层状氧化物。爆炸喷涂制备的热障涂层试样在前5 h氧化增重速率高于等离子喷涂试样,随后变平缓,而等离子喷涂试样氧化速率依然较高。爆炸喷涂热障涂层的热生长氧化物层（Thermally grown oxide, TGO）经50 h氧化后,仍呈连续状,厚度均匀,粘结层内氧化物缺陷较少。结论 爆炸喷涂粘结层组织均匀、致密,喷涂时涂层的氧化以及热处理的内氧化较少,使得足够的Al较快速地在粘结层表面形成致密的氧化铝,表面一定厚度的氧化铝层抑制了氧和其他金属原子的相向扩散反应,提高了涂层的抗高温氧化性能。     

等离子喷涂 NiCoCrAlY / Al2 O3 高温固体润滑耐磨涂层的抗氧化性能研究

目的研究等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3高温固体润滑耐磨涂层在850℃时的高温抗氧化性能和抗氧化机理。方法采用喷雾造粒、化工冶金包覆技术制备NiCoCrAlY/Al2O3复合粉体,并采用等离子喷涂技术在45#钢表面制备NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层。采用SEM和XRD研究粉体和涂层的显微结构和物相组成,并采用马弗炉研究复合涂层在850℃的恒温氧化动力学曲线,通过研究氧化96 h以后涂层表面的组织形貌,探讨NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层的抗氧化机理。结果 NiCoCrAlY合金层均匀致密地包覆在Al2O3颗粒的表面,包覆层厚度约为3~5μm。复合粉体的主要组成为Al2O3相和NiCoCrAlY合金相,没有其他杂质相的存在。等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层氧化动力学曲线分为大斜率直线、抛物线和系数几乎为0的抛物线等3个阶段。氧化96 h以后,涂层的氧化质量增量为4.9 mg/cm2左右,表面形成了一层连续的氧化物保护膜,经EDX分析,氧化膜层主要由Al,O,Cr和Ni组成。结论等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层具有良好的高温抗氧化性能,涂层中Ni,Cr,Al的氧化以及硬质相Al2O3的加入是涂层抗氧化的主要原因。     

LY12铝合金钼酸盐转化膜研究

利用浸渍法在LY12铝合金表面获得了深黄色的钼酸盐耐蚀转化膜。结果表明，本处理工艺简单，成膜速率快，铝合金的耐蚀性大为提高，具有较好的抗点腐蚀性能。扫描电镜（SEM）分析表明，膜的微观形态由大小不一的球形颗粒构成。X射线光电子能谱（XPS）实验表明，转化膜表层中钼主要以MoO2形式存在，并含有少量的MoO3，在膜的内层钼以正4价形式存在。并讨论了钼酸盐转化膜的成膜机理及耐蚀机理。     

电弧离子镀NiAlHf涂层的抗高温氧化性能

目的通过电弧离子镀技术,获得抗氧化性能优良的NiAl涂层。方法采用电弧离子镀技术,在弧流为110 A,偏压为-50 V的参数下沉积NiAlHf涂层。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对涂层的物相结构和形貌进行分析,通过能谱仪(EDS)分析涂层的成分。采用恒温氧化增重实验对涂层的氧化动力学进行分析。结果由电弧离子镀技术制备的NiAl涂层致密均匀,无大颗粒、孔洞等缺陷。涂层主要由β-NiAl相组成,活性元素Hf固溶在主相中。NiAlHf涂层表现出良好的抗高温氧化性能,动力学曲线符合抛物线规律,在1150℃下恒温氧化200h的平均氧化速率为0.0841g/(m^2×h),远优于传统MCrAlY涂层体系。NiAlHf涂层在氧化初期形成保护性的α-Al2O3氧化皮以及少量亚稳态的θ-Al2O3,随后θ-Al2O3逐渐转变为稳态的α-Al2O3。Hf在涂层表面富集从而形成HfO2,对氧化皮形成了钉扎作用,增强了氧化皮的粘附性,提高了涂层的抗氧化性能。随着氧化的进行,涂层中的β-NiAl相逐渐转变为γ'-Ni3Al相。结论 NiAlHf涂层在1150℃下仍具备优良的抗高温氧化性能,对下一代耐更高温度涂层开发,电弧离子镀NiAl涂层的技术推广及工业化应用有一定的指导作用。     

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。