钽合金高温抗氧化复合涂层制备研究

目的 制备钽合金在高温氧化环境下的防护涂层。 方法 采用料浆熔烧法,在 Ta-12W 合金表面依次制备底层和面层,通过两次熔烧处理,获得硅化物复合涂层。 分析涂层的形貌、元素含量及成分分布,测试涂层在 1800 ℃ 下的高温抗氧化性能和室温 ~ 1800 ℃ 热循环寿命, 并初步探讨涂层失效机理。结果 制备的复合涂层与基体之间通过扩散形成过渡层,达到冶金结合;涂层在 1800 ℃ 下可连续工作 9h,室温 ~ 1800 ℃ 热循环寿命为 151 次。 结论 在高温氧化环境中,复合涂层表面生成了一层玻璃状薄膜,有效阻止了外界氧向基体的进一步扩散,对基体形成了良好的保护。     

高温钛合金溅射NiCrAlY涂层氧化行为的研究

研究了Ｔｉ－１１００高温钛合金表面溅射ＮｉＣｒＡｌＹ涂层对钛合金在６００℃－８００℃空气中氧化性能的影响。结果表明：由于在涂层表面形成均匀连续的Ａｌ２Ｏ３保护膜而显著改善了高温钛合金的抗氧化性,涂层本身的微晶组织使其具有良好的抗剥落能力。但在８００℃时,基体中少量Ｔｉ扩散到涂层表面形成ＴｉＯ,同时涂层中的Ｎｉ强烈向基体扩散,在基体和涂层中分别形成扩散带和空洞。     

镍基高温合金GH202表面纳米陶瓷涂层抗高温氧化性能研究

为了弥补高温合金抗高温氧化性能的不足,解决高温力学性能与抗高温氧化性之间的矛盾,在高温合金GH202合金表面增加含纳米高温陶瓷涂层CXM98-1,通过氧化动力学实验和能谱分析技术对涂层/基体合金体系的抗高温氧化性能进行了研究.实验结果得出:含纳米陶瓷涂层能有效的阻滞合金的高温氧化进程,极大的提高了合金的耐高温抗氧化性能.不论有无涂层,在900℃长时间扩散退火过程中,氧均通过涂层或金属表面向基体合金进行扩散,基体合金中的Cr、Al元素向涂层/基体合金界面上坡扩散,环境中氧原子通过涂层向基体合金扩散,在界面处靠涂层一侧主要形成Cr2O3扩散层,界面的基体一侧主要形成Al2O3晶间氧化层;有涂层与无涂层试样的区别在于氧的扩散速率和扩散通量存在快慢、大小的差别.     

C/C复合材料表面TaC涂层的制备和生成机制

报道了一种在C/C复合材料基体上制各抗烧蚀TaC涂层的新方法.采用红外光谱、XRD及SEM表征了生成TaC涂层的Ta源:TaO2F·rH2O·TaF5.采用SEM观察了不同温度下转变生成的TaC涂层的形貌.在1200℃高温热处理,TaC涂层形貌为细颗粒状,在1800℃高温热处理后,TaC涂层为柱状晶.TaC的生成机制为:TaO2F·rH2O·TaF5高温分解凝聚生成的Ta2O5沉积在C/C复合材料基体表面,碳原子在Ta2O5中扩散反应生成TaC,TaC涂层形貌可由生成Ta2O5的凝聚成核理论解释.     

Ti65合金磷酸盐涂层抗高温氧化性能研究

目的通过表面涂层提高高温钛合金Ti65的抗高温氧化性能。方法采用喷涂法在Ti65合金基体上制备以磷酸铝为粘结剂、Al和Al/SiC为填料的两种磷酸盐抗高温氧化复合涂层。研究Ti65合金和涂层样品在650℃准等温、静态空气条件下的氧化动力学行为。用XRD和SEM/EDS分别对涂层样品氧化前后的物相组成、组织形貌和微区成分进行表征分析;用电子探针(EPMA)分析涂层样品的元素分布情况。结果650℃抗高温氧化实验结果表明,磷酸盐涂层样品的准等温氧化动力学曲线均符合抛物线规律,两种涂层样品的抛物线氧化速率常数kp分别为3.922×10^-2、1.768×10^-2 mg/(cm^2·h^1/2)和2.48×10^-2、3.385×10^-4 mg/(cm^2·h^1/2),均小于Ti65合金,氧化增重显著降低。以Al/SiC为填料的磷酸铝涂层的抗氧化性能最好,氧化1000 h,质量增加0.20 mg/cm^2,约为Ti65基体氧化增重(1.13 mg/cm^2)的1/6。微观分析结果表明,两种磷酸盐涂层样品在650℃准等温氧化后,涂层与基体形成扩散层,生成TiAl3金属间化合物,涂层表面均保持完好,没有裂纹和孔隙,有效阻止了氧元素向Ti65基体的扩散,保护基体不受氧化。结论磷酸盐涂层能有效阻止650℃温度下氧向Ti65合金基体的扩散,具有优异的抗高温氧化性能。     

Si/莫来石/Er_2SiO_5环境障涂层的高温氧化行为

采用化学气相沉积与等离子喷涂相结合的方法在SiC/SiC复合材料基体上制备了Si/莫来石/Er2Si O5环境障涂层。采用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)与X射线衍射仪(XRD)分析其结构变化,通过氧化试验研究涂层在1350℃与1500℃下的高温氧化行为。结果表明:Si/莫来石/Er2Si O5环境障涂层可在1350℃长时间使用,在1500℃短时间使用。涂层在不同高温下的氧化失效机理不同。1350℃时,涂层氧化失效主要是由于涂层材料与基体材料热膨胀不匹配使涂层中产生了垂直于表面的裂纹,裂纹成为元素扩散通道,加速环境中O元素扩散至粘结层与基体并将其氧化,降低了涂层与基体之间的粘结强度,从而导致涂层脱落。1500℃时,涂层氧化失效主要是元素快速扩散、反应生成大量的气泡状玻璃态物质所致。     

TiAl合金表面EB-PVD制备热障涂层及高温抗氧化性能

利用EB-PVD技术在Ti Al合金表面制备了扩散铝/YSZ热障涂层。采用SEM、EDS和XRD分析了涂层原始及高温氧化后的微观组织及相组成,并测试了高温氧化性能。结果表明:涂层表面YSZ层为致密柱状晶结构,由非平衡四方相t′-ZrO_2组成。Ti Al合金沉积了扩散铝/YSZ热障涂层后高温氧化性能显著提高,氧化动力学曲线呈对数变化规律,900℃高温氧化时,氧化速率为2.2×10~(-5) mg/cm~2·h。1000℃高温氧化时,氧化速率为1.14×10~(-3) mg/cm~2·h。在高温氧化过程中,粘结层与基体之间发生元素扩散,膜基界面消失。在面层与中间粘结层之间形成了均匀连续的热生长氧化物层TGO。     

铌及铌合金高温抗氧化防护涂层研究

针对铌及铌合金高温下抗氧化性能差的现象,进行了高温抗氧化防护涂层的设计。采用料浆熔烧法在C-103铌合金表面制备改性的Si—Mo涂层,并对改性的Si-Mo涂层的形貌、结构、成分及1700℃的抗氧化性能进行了分析。结果表明,涂层与基体之间通过扩散形成过渡层,达到了冶金结合,涂层的复合结构有利于提高抗氧化性能。在氧化环境下,涂层表面生成一层玻璃层,阻止氧的进一步扩散。试样在1700℃下氧化3～4h后,涂层元素与基体发生互扩散,在界面处形成大量集中孔洞,使涂层从其主体与过渡层接触的界面处发生断裂,导致涂层失效。     

Ti-Al合金表面热喷涂铝涂层的抗高温氧化性

利用火焰热喷涂在Ti-Al合金表面喷涂铝涂层,通过金相显微镜、扫描电镜（SEM）观察及显微硬度测试等方法研究了铝涂层在850 ℃下的高温抗氧化性能。结果表明,涂层基体界面处平直,结合较好,主要为机械结合;在氧化过程中由于Al和Ti之间的相互扩散,形成了冶金结合的扩散层。高温氧化后,扩散层硬度明显提高,有涂层试样氧化速率明显低于无涂层的试样,其高温抗氧化性能好。     

Ti-Al合金表面热喷涂铝涂层的抗高温氧化性能

利用火焰热喷涂在Ti-Al合金表面喷涂铝涂层,通过金相显微镜、扫描电镜(SEM)观察及显微硬度测试等方法研究了铝涂层在850℃下的抗高温氧化性能。结果表明,涂层基体界面处平直,结合较好,主要为机械结合;在氧化过程中由于Al和Ti之间的相互扩散,形成了冶金结合的扩散层。高温氧化后,扩散层硬度明显提高,有涂层试样氧化速率明显低于无涂层的试样,其抗高温氧化性能好。     

高温合金Al-Si涂层抗高温氧化性能的研究

采用热扩散的方法 ,在K4 38高温合金表面制备了Al Si涂层。经 10 0 0℃× 5 0 0h高温氧化性能试验结果表明 ,K4 38镍基高温合金表面的涂层 ,在高温氧化过程中已转变成致密完整的α Al2 O3氧化层和富铝的 β NiAl和富镍的β NiAl化合物层 ,与基体金属的粘附性良好。Al Si涂层中Si元素的扩散和合理分布能有效的抑制β相的生长 ,延长涂层的退化速度 ,使涂层获得更佳的抗高温氧化性     

有机聚硅氮烷先驱体陶瓷涂层的耐高温氯腐蚀性能

在TP347不锈钢片表面制备了有机聚硅氮烷先驱体陶瓷涂层,对有无涂层试样分别进行高温HCl气体和KCl堆盐腐蚀试验,并采用增重法对试样的腐蚀质量增加曲线进行分析。结果表明:制得的涂层表面均匀致密,与基体紧密连接;在500,525,550℃HCl气体中,涂层试样的腐蚀速率较空白试样的均有所降低;在KCl堆盐中,无涂层试样的质量随时间的延长呈先增加后减小的趋势,涂层试样的耐蚀性较好,且在500℃下基体内部未检测到Cl元素,在550℃下基体内部Cl含量较高,表明Cl~-逐渐向试样内部扩散;服役温度在涂层玻璃粉软化温度以下时,涂层可有效阻隔Cl~-扩散至基体内部,提高涂层的保护性能。     

Zr-4合金表面耐事故Cr涂层制备及组织性能

采用等离子增强物理气相复合沉积技术,在Zr-4合金表面制备了Cr复合涂层,并在涂层沉积之前对涂层与基体的界面进行了Cr离子的轰击注入强化。结合锆合金包壳的实际使用工况,设计试验方法,评价表征了涂层体系的各项性能及其对锆合金基体的影响。高温蒸气加速腐蚀试验表明,相比于无涂层Zr-4基体试样,Cr涂层明显阻碍了氧向Zr-4基体内部的扩散,并有效抑制了基体内部有害氢化物的生成。在模拟事故的高温(1000℃)热冲击条件下,相比于无涂层基体表面较厚氧化物生成的现象,涂层样品并未出现脱落,基体也并未出现氧化腐蚀。拉伸及内压爆破测试表明,样品表面Cr涂层表现出与基体较好的附着力,未出现沿破裂界面的脱落,也未影响Zr-4基体的拉伸及室温爆破性能。可以认为,Zr-4合金表面Cr涂层是理想的耐事故涂层材料之一。     

MCrAlY涂层高温氧化界面扩散行为研究进展

MCrAlY涂层在保护基体高温氧化和腐蚀方面发挥着重要作用，可在基体表面形成致密连续的氧化层，阻止阳离子和氧的扩散。随着氧化铝层的生长，导致涂层/氧化层界面处铝浓度降低，抑制了连续的Al2O3层的生长，导致混合氧化物和裂缝以及空隙的形成，使得涂层过早失效。在涂层和基体界面，真空热处理提高了界面的结合强度，改善了涂层与基体的粘附性。然而在高温下的界面扩散过程将对基体产生有害的影响。基体的难熔强化元素，如Ti，W，Mo，可以扩散到涂层中。而且相互扩散过程可在基体形成二级反应区（SRZ），析出拓扑密堆相（TCP）相，如σ，μ和Laves相等，降低高温合金的高温疲劳寿命。在本文中，详细介绍了涂层/基体的界面扩散过程，以及总结了当前对界面扩散效应的理解以及对减少界面扩散所做的努力。     

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。     

电弧离子镀NiCrAlYSi涂层抗高温氧化行为

采用电弧离子镀技术,在镍基高温合金DZ22B表面沉积一层NiCrAlYSi抗高温氧化涂层。利用SEM、XRD、EDS和电子探针等,分析了涂层的微观形貌、组织结构、物相和元素分布规律。研究了涂层和基体在1050℃的静态空气环境中恒温氧化200 h的氧化动力学规律和抗氧化性能。结果表明:沉积态涂层致密均匀,无孔洞等明显缺陷。经热处理后,涂层发生了β-NiAl向γ'-Ni_3Al的转变,主要物相为γ'-Ni_3Al/γ-Ni、β-NiAl和α-Cr相。恒温氧化200 h后,与基体相比,平均氧化速度由0.096 7g/(m~2·h)降到0.0340g/(m~2·h),显著提高了基体的抗高温氧化性能。氧化初期,涂层表面形成了一层均匀致密的α-Al_2O_3保护层,阻止氧向涂层内部扩散,从而大大提高了抗氧化性能。氧化过程中,涂层与基体的界面处发生了元素互扩散现象;主要为Cr元素从涂层向基体的内扩散和Co、W和Y元素从基体向涂层的外扩散。     

Pd镀层对DD3合金扩散性能的影响

以高温合金DD3为基材，利用电镀工艺得到10μm的Pd镀层，然后在1050℃分别做4h和14h真空热处理，以研究Pd镀层的阻扩散行为。XRD和SEM／EDS的分析结果表明，电镀后的DD3表面得到的是单一的Pd镀层，但经过1050℃，4h和14h的真空热处理之后，基体中的元素如Al，Cr，Co和Ni等会通过Pd镀层扩散到表面，说明Pd镀层本身不能作为阻止基体元素扩散的涂层用于DD3的基体之上。     

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。     

电热爆炸喷涂NiAl涂层的热循环氧化行为

采用电热爆炸喷涂法在DZ125高温合金表面制备了NiAl涂层,研究了该涂层1050℃下的循环氧化行为.利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和显微硬度计对热循环后的试样进行了分析.结果表明.所制备的NiAl涂层致密、晶粒细小、与基体结合良好.涂层在1050℃热循环后其表面生成了致密的Al2O3氧化层,这层Al2O3保护膜能阻止氧向内扩散,减缓内层的氧化速率,从而起到了保护基体的作用.经热循环后,基体与涂层的硬度均有所降低.     

Al-Cr涂层对TC21合金抗氧化和热腐蚀性能的影响

采用双辉等离子表面渗铬和后续多弧离子镀铝处理在TC21合金表面制备Al-Cr涂层;同时研究Al-Cr涂层在850℃下的高温氧化行为和850℃下25%NaCl+75%Na_2SO_4(质量分数)混合盐中的热腐蚀行为。结果表明:Al-Cr复合涂层包括表面富Al沉积层、中间Al-Cr扩散层和内侧Cr-Ti互扩散层。在850℃氧化100 h后,Al-Cr涂层表面生成致密Al_2O_3膜,对基体有很好的保护作用;中间Al-Cr扩散层中Cr元素的存在促进Al的选择性氧化,有利于涂层的后续氧化行为。在850℃混合熔盐中腐蚀100 h后,内部Cr-Ti扩散区仍保持完整,涂层表现出较好的热腐蚀抗力。