Ni3Al-Mo合金1100℃初期高温氧化行为研究

研究了Ni3Al-Mo合金在1100℃下暴露时间为1h的氧化行为,利用扫描电子显微镜(SEM)、能量衍射谱(EDS)和X射线衍射等手段观察分析了氧化层的表面形貌、微观组织结构成分,并结合氧化动力学曲线分析,探明了Ni3Al-Mo合金1100℃高温氧化初期的氧化机理。研究结果表明,在1100℃氧化初期(1 h内),Ni3Al-Mo合金表面氧化层中存在一个富Mo层,并随着时间延长而增厚,表明合金中Mo元素没有发生氧化挥发。1100℃时Ni3Al-Mo合金试样表面形成NiO+富Mo层+NiAl2O4多层结构氧化层。随着氧化时间的增长,形成NiO层的颗粒逐渐增大,氧化层孔隙增多变得疏松,与基体结合力减弱,试样从炉中取出,在冷却过程中由于NiO氧化层热膨胀系数大,致使氧化层翘曲并剥落。     

Mo基体上沉积La_(1.4)Nd_(0.6)Zr_2O_7涂层的热循环失效机制

选择La1.4Nd0.6Zr2O7(LNZ)为面层材料,质量比为1∶1的Mo与LNZ复合粉末(ML)为过渡层材料,用等离子喷涂法在高温Mo合金上制备双层结构热障涂层(ML/LNZ)。研究该涂层在1200℃的热震行为,用XRD分析失效后涂层的物相组成,并借助扫描电子显微镜和能谱对热震后涂层表面不同位置进行观察比较。结果表明,涂层在1200℃下的热循环寿命非常短,涂层沿粘结层与基体的界面剥落。而高温下Mo的氧化及挥发性氧化产物(MoO3)与涂层之间的化学反应是导致ML/LNZ涂层快速失效的主要原因。与氧化钼具有良好的热化学相容性是选择Mo基体上热障涂层的首要条件。     

锆合金表面Mo/Al/Cr复合涂层的抗高温水蒸气氧化性能

锆合金是重要的核燃料包壳材料,在包壳表面沉积抗高温水蒸气氧化涂层是在失水事故中避免核泄漏的有效途径,然而涂层在高温氧化过程中存在氧化产物不稳定及界面扩散问题。用磁控溅射的方法在Zr-4合金表面沉积Mo/Al/Cr复合涂层,拟利用Al层生成氧化铝提升抗氧化温度上限,利用Mo层阻挡Al与Zr-4基体的扩散。用SEM表征涂层的表面及横截面形貌,利用XRD分析涂层物相结构,用纳米压痕的方法评价涂层的力学性能,用管式炉连接水蒸气发生器来评价涂层的抗高温水蒸气氧化性能。结果表明：在锆合金表面制备的Mo/Al/Cr复合涂层与基体结合良好,结构完整,界面清晰,硬度高于Zr-4合金基体。在高温水蒸气氧化试验中,复合涂层中的Al会发生熔融,导致涂层结构的破坏而不能生成连续致密氧化铝膜。在Cr层、Al层失效的情况下,Mo层可以有效阻挡Al及O元素向基体内部扩散。探讨了Al作为抗氧化层及Mo作为扩散阻挡层的可行性,试验结果可为核燃料包壳涂层的设计选材提供借鉴和支撑。     

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。     

建筑工程用20钢表面电弧喷涂涂层的耐蚀性能研究

采用电弧喷涂方法在20钢表面制备Fe Cr Ni BSi Mo和Fe Cr Ni Nb BSi Mo涂层,研究其微观组织和耐腐蚀性能。结果表明,电弧喷涂20钢表面Fe Cr Ni Nb BSi Mo涂层是由金属相、氧化物以及孔隙组成的,其抗高温氧化性能优于Fe Cr Ni BSi Mo涂层。     

超音速等离子喷涂NiCrCr3C2/Mo复合涂层的高温摩擦磨损性能*

采用超音速等离子喷涂制备了NiCr-Cr3C2/Mo复合涂层,借助扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、高温摩擦磨损试验机等手段,研究了涂层的微观组织、显微硬度及涂层在25、300、500、750℃下的摩擦磨损性能。结果表明:制备的NiCr-Cr3C2/Mo复合涂层Mo相分布均匀,组织致密、硬度高;温度对涂层的摩擦因数影响显著,随温度的升高,摩擦因数呈先下降后上升再下降的趋势,750℃时因摩擦界面生成MoO3减摩相使摩擦因数最低;NiCr-Cr3C2/Mo复合涂层在高温下以氧化疲劳剥落为主要失效机制,涂层表面复合氧化膜的形成特点将直接影响涂层的摩擦磨损性能,MoO3的形成是显著提高涂层减摩效果的主要因素。     

四种典型高温防护涂层的抗氧化性能

目的系统地评价典型高温防护涂层的抗高温氧化性能,并分析其失效机制。方法通过对比普通Ni Al涂层、NiCrAlY涂层、Pt改性Ni Al涂层以及Pt+Hf共改性Ni Al涂层等四种典型高温防护涂层在1100℃的恒温氧化行为,从氧化过程中的氧化增重、组织结构演变规律等角度出发,分析了四种涂层在高温氧化过程中的抗氧化性能以及氧化失效规律。结果四种涂层在1100℃恒温氧化过程中的增重均符合抛物线规律。普通Ni Al涂层氧化膜粘附性能较差,氧化膜快速剥落,涂层退化最快。NiCrAlY涂层中Y元素在氧化膜/涂层界面形成"钉扎"作用,显著提高氧化膜的粘附性能,但由于涂层内部Al元素含量降低,涂层1100℃氧化300 h后基本失效。Pt改性Ni Al涂层的氧化膜较为完整,但氧化膜起伏严重。Pt+Hf共改性Ni Al涂层的氧化膜均匀完整且无明显起伏,具有综合最优的抗高温氧化性能。结论四种涂层的抗高温氧化性能排序为:Pt+Hf共改性Ni Al Pt改性NiAl普通Ni AlNiCrAlY。     

PtAl_2单相涂层的高温抗氧化性能及失效机制研究

在镍基铸造高温合金K38G上采用脉冲电镀的方法沉积Pt镀层,通过分步加热粉末包埋渗Al处理后,获得表层为单相PtAl2,内层为β-NiAl的Pt-Al涂层.分别对单相PtAl2涂层进行1100℃静态氧化及循环氧化测试,并分析涂层在2种氧化条件下的氧化行为及失效机制.结果表明,单相PtAl2涂层表现出良好的抗静态氧化能力,初期快速增重主要来自于θ-Al2O3的生成,很快θ-Al2O3转变为α-Al2O3且增重趋于平缓.但是,单相PtAl2涂层的抗循环氧化能力较差,循环氧化过程中产生的热应力会导致部分区域PtAl2层剥离或脱落,继而引发涂层过早失效.因此,单相PtAl2涂层不适用于高温负载服役环境,其在循环氧化过程中的失效和退化主要来自于PtAl2层剥落以及剥落区附近β-NiAl层Al元素的快速消耗.     

喷丸处理对热障涂层组织与性能的影响

采用电泳沉积方法,在喷丸处理和未处理的Inconel600高温合金表面沉积YSZ/(Ni,Al)复合涂层,然后进行真空烧结。研究了喷丸处理对YSZ/(Ni,Al)复合涂层微观结构、结合强度和抗氧化性能的影响。通过使用X射线衍射和扫描电镜来分析复合涂层的成分和相变。结果表明,喷丸后制备的涂层与基体的结合力比未处理基体制备的要大,且喷丸处理制备的涂层表面裂纹较少。喷丸后的试样结合力与抗高温氧化性能都要优于未处理的试样。     

多弧离子镀NiCrAlY涂层对γ-TiAl氧化行为的影响

文中采用多弧离子镀技术在γ-TiAl合金表面制备了NiCrAlY涂层,用SEM/EDS和XRD等手段研究了该涂层对γ-TiAl合金高温氧化行为的影响。结果表明NiCrAlY涂层在高温下可形成保护性氧化铝膜,显著提高了γ-TiAl的高温氧化抗力。在氧化过程中,NiCrAlY/TiAl涂层体系发生了严重的Ni的内扩散,形成了层状结构的互扩散带。     

45钢表面Ni20合金激光熔覆层的组织及抗高温氧化性能

利用激光熔覆技术在45钢表面制备了Ni20合金熔覆层,研究了涂层的相组成、组织结构及抗高温氧化性能。结果表明:熔覆层与基体形成了良好的冶金结合;熔覆层组织具有定向凝固特征,且晶粒生长方向垂直于界面,主要由CrNiFeC,Fe3Ni2,Ni3Cr2等相组成;Ni20合金熔覆层在高温氧化时形成了致密的氧化膜,因而提高了基体材料的抗高温氧化性能。     

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。     

Nb、Cu金属层厚度对Si3N4/Nb/Cu/Ni/Incone l600接头组织和性能的影响

采用Nb／Cu／Ni作中间层，在连接温度为1403K、连接时间为50min、连接压力为7．5MPa的条件下，采用不同尺寸的中间层进行了Si3N4陶瓷与Inconel 600高温合金的部分液相扩散连接。通过改变Nb层、Cu层厚度，研究了Cu层、Nb层厚度变化对Si3N4／Nb／Cu／Ni／Inconel 600接头的组织和性能的影响。研究发现，当Cu层厚度小于0．05mm时，随着Cu层厚度的增加，接头中的Cu—Ni合金层厚度增加，接头强度快速增加；当Cu层厚度超过0．05mm时，接头中的Cu—Ni合金层厚度由于压力的作用不明显增加，接头强度增加缓慢。随着Nb层厚度的增加，反应层厚度增加，接头的强度先增大后减小。     

High-Temperature Corrosion Resistance of Al–Re and Re Coatings

The oxidation behavior in air at 1473 K, and sulfidation behavior in a H2S–H2 gas mixture with a sulfur partial pressure of 10^–2 Pa at 973 K of Al–Re coated CMSX-4 were studied. Investigation on the sulfidation behavior of the Re-coated CMSX-4 was carried out in a H2S–H2 gas mixture with a sulfur partial pressure of 10^–2 Pa at 973 K. The experimental results show that a Re-rich alloy layer was formed between an -Al₂O₃ layer and the inner concentration zone of Ta and Ti for the CMSX-4 single crystal alloy with an Al–Re coating after oxidation. The Re-rich alloy layer containing Cr, W, Ni, Co, and Mo effectively inhibited the outward diffusion of alloying elements and the inward diffusion of Al. The Al/Re-coated CMSX-4 single crystal alloy had excellent sulfidation resistance; the Re-rich alloy layer, containing W, Ti, Ta, and Mo, which formed during the sulfidation process and located between the alumina scale and the CMSX-4 base alloy, plays a role in inhibiting the outward diffusion of alloying elements. The sulfidation resistance of CMSX-4 single-crystal alloy is greatly improved by a Re coating on the CMSX-4 alloy surface; this is attributed to a Re–Cr–W alloy layer that retarded the outward diffusion of cations and the oxide layer containing Ta, Ti, and Al, which inhibited the inward penetration of sulfur.     

TiAl-Nb基合金高温抗氧化研究进展

TiAl-Nb基合金具有优异的综合性能,在先进飞行器及武器等耐高温部件中有巨大的应用潜力,但其高温抗氧化性能无法满足实际使用需求。综述了TiAl-Nb基合金高温抗氧化防护方面的研究进展,包括TiAl-Nb基合金的多元合金化、表面合金化、抗氧化涂层及其抗氧化机理,通过分析不同氧化防护措施的特性,展望了TiAl-Nb基合金高温抗氧化防护的发展趋势。国内外研究结果显示,通过多元合金化方法改善合金组织,并在氧化过程中促进形成保护性Al_2O_3而抑制形成TiO_2,是提高TiAl-Nb基合金高温抗氧化性能的有效手段。利用表面合金化对合金表面的显微组织和成分进行改善,氧化时促进抗氧化性能优良的Al_2O_3或SiO_2保护膜形成,显著提高了TiAl-Nb基合金的抗氧化性能。但高温下合金化层与基体之间的Al、Si、Ti等元素的互扩散会加剧合金化层的退化,进行表面多元合金化,特别是添加微量活性元素,对促进保护性氧化膜的形成及抑制互扩散有良好效果。通过制备表面抗氧化涂层,在氧化时生成保护性氧化膜,阻碍O的内扩散,能够起到良好的高温抗氧化作用,但需要解决涂层/基体合金的结合力较差和反应扩散等问题,制备复合涂层或扩散阻挡层是解决上述问题的有效途径。     

镍基合金上Pt-Al涂层的高温氧化行为研究

采用电镀铂之后渗铝的方法在GH586镍基高温合金上制备铂铝(Pt-Al)涂层,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪、电子能谱仪等方法研究分析其高温抗氧化性能。结果表明,Pt-Al涂层具有优良的抗高温氧化性能,Pt的加入,在涂层与基体的互扩散中起到了扩散障的作用,抑制了基体合金元素向外层扩散,优化了材料的选择性氧化。同时,对Pt元素在其中的作用机制进行探讨     

等离子渗Mo提高TiAl基合金抗高温氧化性能的研究

研究了等离子渗Mo处理对Ti-46.5Al-1.0V-2.5Cr(原子分数)合金抗高温氧化性能的影响。结果表明:等离子渗Mo处理能显著提高TiAl基合金的抗高温氧化能力,这主要是因为TiAl基合金经等离子渗Mo处理后在表面形成含Ti-Al-Mo的致密合金层,该致密合金层具有良好的抗高温氧化性能。     

Improving corrosion properties of high-velocity oxy-fuel sprayed inconel 625 by using a high-power continuous wave neodymium-doped yttrium aluminum garnet laser

Thermal spray processes are widely used to protect materials and components against wear, corrosion and oxidation. Despite the use of the latest developments of thermal spraying, such as high-velocity oxy-fuel (HVOF) and plasma spraying, these coatings may in certain service conditions show inadequate performance,e.g., due to insufficient bond strength and/or mechanical properties and corrosion resistance inferior to those of corresponding bulk materials. The main cause for a low bond strength in thermalsprayed coatings is the low process temperature, which results only in mechanical bonding. Mechanical and corrosion properties typically inferior to wrought materials are caused by the chemical and structural inhomogeneity of the thermal-sprayed coating material. To overcome the drawbacks of sprayed structures and to markedly improve the coating properties, laser remelting of sprayed coatings was studied in the present work. The coating material was nickel-based superalloy Inconel 625, which contains chromium and molybdenum as the main alloying agents. The coating was prepared by HVOF spraying onto mild steel substrates. High-power continuous wave Nd:YAG laser equipped with large beam optics was used to remelt the HVOF sprayed coating using different levels of power and scanning speed. The coatings as-sprayed and after laser remelting were characterized by optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). Laser remelting resulted in homogenization of the sprayed structure. This strongly improved the performance of the laser-remelted coatings in adhesion, wet corrosion, and high-temperature oxidation testing. The properties of the laser-remelted coatings were compared directly with the properties of as-sprayed HVOF coatings and with plasma-transferred arc (PTA) overlay coatings and wrought Inconel 625 alloy.     

电泳共沉积NiCoCrAlY粘结层制备及抗高温氧化研究

目的 分析研究Ni基合金与粘结层之间的扩散和界面反应规律,以及其对热障涂层的抗高温氧化性能和工作寿命的影响.方法 采用电泳共沉积、真空致密化处理,在K17镍基高温合金表面制备NiCoCrAlY粘结涂层,并进行1000℃×100 h抗高温氧化实验,采用XRD、SEM、EDS分析NiCoCrAlY粘结涂层在高温氧化过程中合金元素的扩散规律.结果 高温氧化动力学曲线表明,氧化100 h制备的NiCoCrAlY粘结涂层的氧化速率为17.2134 mg/cm2,远低于K17镍基高温合金的.Ni由涂层向基体内扩散,Cr和Co向外扩散,Al向界面处扩散.电泳沉积制备的NiCoCrAlY粘结层经真空致密化处理后,涂层均匀、致密,粘结层主要由Ni3 Al、Al3 Y5 O12、Cr23 C6以及α-Al2 O3等组成.结论 NiCoCrAlY粘结涂层的抗高温氧化性高于K17镍基高温合金,在高温氧化过程中,α-Al2 O3氧化膜提高了NiCoCrAlY粘结涂层的高温抗氧化性.Ti主要来自基体的缺陷中,随着高温氧化作用,获得了由基体向外扩散所需要的能量,并且同时与氧反应生成TiO,TiO容易在粘结层表面形成泡状物质,Ti的扩散对粘结层的致密度与均匀度造成一定的影响.     

TiAl基合金表面Mo合金化试验研究

对TiAl基合金表面Mo合金化试验进行了研究,并对试验前后的TiAl进行了抗高温氧化性能测试。结果表明:TiAl表面Mo合金化后,在表面形成致密均匀的合金层,该合金层具有良好的抗高温氧化性能,能显著提高TiAl基合金的抗高温氧化能力。