氧化物陶瓷阻氚涂层的研究进展

利用阻氚涂层(TPB)降低结构材料中的氚损失,是聚变堆发展中的热点研究之一。陶瓷具有低氚渗透性、耐腐蚀性、高硬度和高热稳定性等特性,是目前聚变堆阻氚涂层首选材料。相对于硅化物、钛基等非氧化物陶瓷材料,氧化物陶瓷涂层具有熔点高、化学性质稳定、耐腐蚀性和阻氚渗透因子(PRF)高等优势,因此针对氧化物陶瓷阻氚涂层的研究较多。主要综述了单一氧化物陶瓷、复合氧化物陶瓷阻氚涂层近年来的研究现状与发展,如Y2O3、Er2O3、Al2O3等及其复合氧化物陶瓷材料,其中,因Al2O3及其复合物涂层具有优异的阻氚性能,得到了广泛的关注和研究。重点阐述了制备工艺、基体效应和辐照等影响氧化物陶瓷涂层阻氚性能的因素及氚在材料中的渗透机制,并分析了当前阻氚涂层在材料制备以及模拟服役环境等方面存在的不足与今后的研究重点,指出了未来可能的氧化物陶瓷阻氚涂层,以期为阻氚涂层的研究与后续实验提供一定的方向。     

钼电极表面Y2O3-玻璃基涂层抗氧化性能研究

目的提高钼电极在玻璃炉窑烘窑过程中的抗氧化性能。方法在纯钼基体表面制备不同Y2O3含量的玻璃基抗氧化涂层。对涂层分别在800、1000、1200℃下进行抗氧化测试,利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对涂层在氧化前后的形貌、成分和物相进行检测,利用热分析仪对涂层粉体进行差热分析(DTA)。结果随着Y2O3成分含量的增加,硅酸盐玻璃的软化点温度不断降低,晶化放热峰也越来越低。Y2O3含量为10%和20%的涂层表面结构完整,整体比较致密,在1200℃高温氧化条件下,在第1h内出现增重,之后随着加热时间的延长,增重趋于稳定。Y2O3含量为30%的涂层表面呈致密片状结构,部分出现脱落,样品在氧化过程中出现明显失重。结论Y2O3含量为10%的Y2O3-玻璃基涂层经过1200℃抗氧化实验后,表面完整,试样增重较少,性能优良。涂层截面分为过渡层、中间层和最外层。过渡层主要为MoO2和MoO3,中间层主要是BaMoO4,最外层主要是SiO2。涂层抗氧化机理为互熔反应型保护机理和惰性熔膜屏蔽型保护机理。     

纳米晶NiCrC涂层长时加热的显微组织和硬度变化

目的 探讨纳米晶NiCrC涂层长时高温条件下的显微组织和硬度演变规律。方法 采用超音速火焰（HVAF）喷涂低温球磨纳米晶合金粉末（液氮介质）制备了纳米晶NiCrC涂层，在650 ℃空气环境中对涂层进行总时长200 h的等温热处理。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、维氏显微硬度计等方法，对涂层样品的显微组织、物相构成、晶粒尺寸和显微硬度进行了测试分析，同时对原料粉末也进行了相同条件下的对比分析。结果 NiCrC涂层显微组织的主要特征为：纳米晶金属相基体中弥散分布着细小的碳化物颗粒。在保温过程中，纳米晶涂层发生了再结晶和晶粒长大，并伴随有合金基体的脱溶及碳化物的析出、相变和后续生长等现象。该涂层显示出优良的高温热稳定性，在650 ℃保温50 h后，晶粒平均尺寸由初始态的41 nm增长至相对稳定值约100 nm。保温后涂层的硬度总体有所提升，由初始的697HV300（15 s）先升高至最大值801HV300（15 s），而后降至相对稳定值729HV300（15 s）左右。纳米晶粉末的组织和硬度变化特点与涂层相似。结论 在650 ℃保温过程中，纳米晶NiCrC涂层中的合金相脱溶和晶粒长大导致涂层金属相基体的软化，但细小碳化物颗粒的析出强化以及由相变（Cr7C3→Cr23C6）引起的体积分数增加，不但补偿了基体的软化，而且使涂层的整体硬度有所提高。     

丝网印刷法制备Y改性CuMn2O4尖晶石涂层研究

目的 提高SOFC金属连接件CuMn2O4尖晶石涂层高温抗氧化性能和导电性能。方法 采用溶胶-凝胶法制备Y改性CuMn2O4尖晶石粉末，采用丝网印刷技术在SUS430合金表面制备Y改性CuMn2O4尖晶石涂层。利用XRD、SEM表征Y改性CuMn2O4尖晶石粉体及涂层的物相结构及微观形貌。利用氧化增重实验研究Y改性前后CuMn2O4尖晶石涂层试样在800 ℃空气中氧化168 h的高温氧化行为，通过“四点法”测量涂层在高温氧化过程中的面比电阻值。结果 CuMn2O4尖晶石粉末的晶格常数随着稀土Y含量的增大而增大，当Y元素的含量为0.02 mol/L时，晶格常数增幅趋于平缓，此时所得粉体物相结构稳定，结晶程度较好，晶粒尺寸细小且颗粒间团聚现象较少。Y改性前后CuMn2O4尖晶石涂层试样的氧化动力学曲线均遵循抛物线氧化定律，其氧化速率常数分别为9.39×10-5、6.31×10-5 mg2/(cm4?h)。Y改性CuMn2O4尖晶石涂层试样在800 ℃氧化168 h时的面比电阻值约为26.2 m??cm2，低于未改性涂层试样的面比电阻值（约27.3 m??cm2）。结论 Y改性CuMn2O4尖晶石涂层能有效改善金属连接体的高温抗氧化性能和导电性能。     

Ti-6Al-4V基体激光植入ZrO2颗粒工艺过程数值分析

为了提高Ti-6Al-4V合金零部件的表面强度及耐热性能，在利用激光熔化后的Ti-6Al-4V材料表面上植入ZrO2陶瓷颗粒。本文基于CFD计算方法建立了三维瞬态激光植入工艺过程数值分析模型并对部分实验结果进行了验证。该模型根据等效热效应对移动激光热源进行计算，利用VOF方法追踪流体的自由表面。考虑浮力、惯性力、粘性阻力对颗粒运动的影响分析了颗粒在熔池内的运动过程，对比分析了是否添加颗粒两种工况下熔池内的温度场与流场分布。结果表明颗粒的进入使得熔池内温度场与流场重新分布，流体的流动和熔池的凝固使颗粒分布于不同位置。通过对100μm深度上熔池不同位置处的颗粒数进行统计发现，随着激光扫描速率的增加，颗粒在基板上表面的分布更加密集。     

低压冷喷涂Cu-Zn复合涂层耐蚀性能的研究

本文使用低压冷喷涂技术，分别在45#钢基体与45#钢加镀铬层基体上制备铜锌涂层试样。通过静态浸泡与铜加速醋酸盐雾腐蚀试验（CASS）对涂层和涂层加镀铬层试样的腐蚀性能进行研究；采用SEM、XPS对腐蚀前后涂层与镀铬层的微观形貌与元素进行表征。结果表明：静态腐蚀过程中，铜锌涂层的耐腐蚀性优于铜锌涂层加镀铬层；CASS实验中，随着原始粉体中锌含量的增加，涂层试样与涂层加镀铬层试样的耐腐蚀性能提高，当铜锌比为6:4时，对应涂层试样、涂层加镀铬层试样与纯镀铬层的耐腐性能达到六级。铜锌涂层在腐蚀液中由于电化学腐蚀及氯化作用，导致铜锌均发生了腐蚀，其腐蚀产物主要为Zn(OH)2、Cu2O与CuCl2。铜锌涂层加镀铬层试样在腐蚀过程中，锌的腐蚀在一定成上可以起到减缓镀铬层腐蚀的作用，这种减缓的作用与镀铬层上析出的铜膜共同保护镀铬层，增强其耐腐蚀性能。     

Al73-Si10-Ni9-Ag8粉末填充材料对TC4钛合金/2A14铝合金电弧熔钎焊接头性能的影响

为了促进TC4钛合金/2A14铝合金复合构件在工业中的应用,采用TIG电弧熔钎焊的方法,通过添加Al73-Si10-Ni9-Ag8粉末填充材料,以3 mm厚TC4钛合金板和2A14铝合金板为试验材料,研究了粉末填充材料对焊接接头力学性能的影响。结果表明:采用110A的焊接电流时,焊缝表面成形良好,当添加粉末填充材料后,接头平均抗拉强度由未添加时的216. 7 N/mm~2上升为238. 9 N/mm~2,接头中金属间化合物层厚度由未添加粉末填充材料时的10μm降为7μm,且Ti-Al金属间化合物种类以及TiAl_3相含量减少,对提高接头强度起到促进作用。     

La元素对MoSi2涂层的宽温域氧化行为影响

采用包渗法在稀土 La₂O₃ 掺杂钼合金基体上制备 MoSi₂ 涂层,并就 La 元素对 MoSi₂ 涂层宽温域氧化行为的影响机制进行了系统研究。 结果表明:钼镧合金基 MoSi2 涂层组织结构较为致密,主要物相为 MoSi₂ 相。 不同温度下 La 元素对 MoSi₂ 涂层的抗氧化性能的影响不同,1600 ℃高温静态氧化条件下,La 元素的存在促进了涂层与基体的化学反应,加剧了 MoSi₂ 抗氧化主体层的消耗速度,使得 MoSi₂ 涂层的高温抗氧化性能有所下降;800 ℃ 中温静态氧化条件下, La 元素对 MoSi₂ 涂层抗氧化性能影响不明显;500 ℃低温静态氧化条件下,La 元素的加入加速了涂层中 Si 元素的扩散, 使得涂层表面能较快形成一层致密的氧化层,“Pest”效应得到抑制,从而显著提升涂层的低温抗氧化性能。     

时效处理对高频感应熔覆TiC/Ni复合涂层的组织及性能影响

为了改善抽油杆材料的表面性能,采用高频感应熔覆技术在其表面制备了TiC/Ni复合涂层。采用光学显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等研究了涂层经固溶及不同时间时效处理后的显微组织及物相组成,并利用显微硬度计及摩擦磨损实验测试了时效后涂层的性能变化。结果表明:经固溶时效后的涂层并未出现明显缺陷,涂层主要以γ-Ni固溶体、Ni的化合物、CrB、碳化物以及δ相等硬质颗粒组成;时效后涂层的最大硬度达到928.2 HV0.2,相比时效前提高了4%,最低磨损量为48.9 mg,比基材减少了62%,在时效4 h后,涂层的综合性能最好。     

反应温度对碳热还原法合成SiC-B4C复合粉末烧失率和物相组成的影响

以硼酸、硅溶胶、片状石墨为原料,采用碳热还原法制备SiC-B_4C复合粉末。研究了反应温度对SiC-B_4C复合粉末的烧失率和物相组成的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、激光粒度分析仪(LPSA)对实验样品的物相组成、粒度大小及其分布进行分析。结果表明:在反应温度达到1500℃以上时,采用碳热还原法可以成功合成出SiC-B_4C复合粉末。合成SiC-B_4C复合粉末的最适温度与硼酸用量有关。当硼酸用量为理论配比时,合成SiC-B_4C复合粉末的适宜反应温度为1500℃;当硼酸过量30%时,合成Si C-B_4C复合粉末的适宜反应温度为1550℃。当硼酸过量30%时,在1550°C下合成的SiC-B_4C复合粉末中位粒径为0.14μm。