TiAl合金表面涂层技术研究现状

TiAl合金由于其密度低,比强度和比刚度高,是航空航天工业理想的新型高温结构材料.室温塑性差的问题已通过添加合金元素和显微组织调控等手段基本得到解决,进一步提高其高温抗氧化和耐磨性能已成为需要重点研究的问题.表面涂层技术为这一问题的解决提供了一条有效的途径,为此,综述了国内外TiAl合金表面涂层技术的研究现状,重点介绍了激光技术和热喷涂技术及其应用,并展望了TiAl合金表面涂层技术的发展趋势.     

铌合金表面高温抗氧化涂层

介绍了铌合金表面高温抗氧化涂层的4大体系--耐热合金涂层、铝化物涂层、硅化物涂层和贵金属涂层的组成、特点及制备条件.我国研究人员围绕飞机发动机涡轮叶片和火箭发动机燃烧室及尾气喷管用铌合金的防护进行了大量研究工作,研制的高温抗氧化涂层已经用于49kN推力发动机铌合围裙和姿态控制铌合金喷管.通过研究认为,PVD和传统熔烧工艺相结合的新工艺及纳米涂层技术是今后铌合金表面高温涂层制备的研究方向.     

Y2O3对渗Al—Si涂层抗氧化性能的影响

用无机盐料浆法在镍基高温合金K4104表面制备了渗Al-Si涂层并在制备过程中添加了Y2O3。采用静态氧化增重的试验方法对涂层进行了1000℃×200h抗氧化性试验,用带能谱分析的扫描电镜观察涂层氧化不同时间后的表面形貌和截面形貌及分析涂层的氧化膜和截面成分。用origin软件绘制氧化动力学曲线并拟合出氧化动力学方程。研究结果表明，渗Al-Si具有较好的抗高温氧化性能。Y2O3的添加提高了渗Al-Si涂层的抗氧化性能，提高了渗Al-Si涂层的塑性，改善了氧化膜与涂层间的粘附性。     

Ta合金高温防护涂层研究

使用料浆熔烧工艺在Ta-10W合金表面制备了Si-Cr-Ti-W系统的硅化物涂层。分析认为,涂层由二硅化物和硅基共熔体组成。在结构上由外表面保护膜、主体层以及界面内层三部分构成。保护膜在高温下阻止氧向基本的浸渗,减少与硅的化学反应,使主体层保持较高的硅含量。内层有助于释放涂层积聚的内应力,保持良好的界面结合。高温性能测试结果表明,在1800℃高温下抗氧化寿命超过2.5h,使该温度到室温的热循环达80次。     

金属基表面Al2O3-SiO2涂层耐冲蚀性能的研究

结合炼钢转炉用风机因炉气而导致叶片磨蚀较快的实际情况，从改善叶片材料的角度出发，采用溶胶-凝胶法制备Al2O3-SiO2涂层用在金属基体上进行试验。结果表明在含3％（质量分数）Si02磨粒的水介质中，单一三层的SiO2涂层、SiO2-Al2O3-SiO2涂层及混合溶胶制备的复合涂层的耐冲蚀性相近，均比单一三层的Al2O3涂层及A12O3-Sio2-Al2O3涂层好。混合溶胶制备的复合涂层在3％（质量分数）SiO2磨粒的酸性介质中表现出了良好的耐冲蚀性。     

钼及钼合金表面高温抗氧化涂层研究现状

钼合金作为新一代重要战略意义的稀有金属,现已广泛应用于冶金、石油、机械、化工、航空航天、核工业等诸多领域,但钼合金在高温环境下易氧化影响了其在航空航天领域的应用。综述了应用于钼及钼合金基体上的金属间化合物、贵金属、耐热合金高温抗氧化涂层体系的不同特点,总结了涂层的不同制备方法并进行了分析对比,展望了国内外钼及钼合金高温抗氧化涂层研究发展趋势,对目前涂层存在的问题及研究现状进行了深入的分析与概述。     

炭黑添加量对传感器用CuCr合金表面聚酰胺涂层性能的影响

为了提高传感器用CuCr合金表面微孤氧化层的耐蚀性能,设置环氧树脂与丙酮比例为5∶3(质量比,下同),通过控制不同炭黑添加量在微弧氧化层表面制得聚酰胺涂层.采用试验测试的方式分析了各组分对涂层耐蚀能力与导电性的影响.研究结果表明:炭黑颗粒含量为10％时,相邻炭黑颗粒在涂层中形成了更紧密的排列状态,对空隙形成了更紧密的填...     

Ti6Al4V钛合金表面Ta2O5/Ta2O5-Ti/Ti多涂层的制备与性能研究

采用磁控溅射技术在Ti6Al4V钛合金表面制备了Ta_2O_5/Ta_2O_5-Ti/Ti多层涂层;利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪 (XPS),分析了涂层的微观结构、物性组成和化学价态;通过划痕仪、纳米压痕仪、摩擦磨损试验机和电化学工作站,检测了涂层的结合强度、力学性能、摩擦系数和耐腐蚀性。研究结果表明,Ta_2O_5/Ta_2O_5-Ti/Ti多层涂层表面由峰型颗粒组成,粒径大小均匀,涂层结构致密。与Ti6Al4V相比,Ta_2O_5/Ta_2O_5-Ti/Ti多层涂层试样具有较小的摩擦系数,较高的腐蚀电位和较小的腐蚀电流密度,表现出良好的耐磨和耐腐蚀性能,能对Ti6Al4V合金植入材料起到较好的保护作用。     

磷酸表面处理复合SiO2涂层对Ti-6Al-4V合金抗氧化性能的影响

研究磷酸表面处理和复合SiO2涂层对Ti-6Al-4V合金600℃下空气中抗氧化性能的影响。结果表明:600℃氧化24h后,磷酸表面处理使Ti-6Al-4V合金平均氧化速率下降了近75%,复合非晶SiO2涂层样品600℃等温氧化100h后,平均氧化速率比空白样品降低一个数量级,抗氧化性能与单独的磷酸处理比较进一步提高。磷酸表面处理和复合SiO2涂层样品的氧化膜致密性增强且与基体的黏附性良好,二者氧化膜中TiO2的体积分数均低于空白样品。磷酸表面处理形成的TiP2O7层与SiO2涂层共同抑制了O的内扩散和Ti的外扩散。     

TC4合金表面Y改性铝化物涂层的组织及高温氧化性能

为提高TC4合金的抗高温氧化性能。采用在900,940和980℃扩散渗2 h的方法在TC4合金表面制备了Y改性的铝化物渗层,并通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪及能谱仪分析了渗层的结构及相组成,研究了渗层在1000℃时的抗氧化性能,讨论了其氧化机制。结果表明:不同温度所制备的渗层主要组成相均为Al₃Ti,此外在900℃制备渗层中含有少量的Al₂₃V₆,在940,980℃制备渗层中分别检测到了Al₂Ti₃及Al₂Ti相;渗剂中添加Y能够降低涂层的内应力,抑制渗层中裂纹的产生。940℃共渗2 h制备的Y改性Al化物渗层在1000℃氧化50 h后表面形成了致密的Al₂O₃氧化膜,显著的提高了TC4合金的抗高温氧化性能。     

TiO2掺杂的NiO-NiFe2O4电导率及合成动力学研究

采用固相合成法,在1173～1213K温度范围内合成了NiO-NiFe2O4和0.5%TiO2掺杂的NiO-NiFe2O4。用X射线衍射表征了合成产物。在合成过程中将试样置于两个铂片之间,通过连续测量加热过程中试样的电阻,获得了试样电导率随时间的变化规律,建立了稳态扩散控制的NiFe2O4合成动力学方程,并讨论了掺杂0.5%TiO2对NiFe2O4合成反应速率的影响,获得了0.5%TiO2掺杂的NiFe2O4合成反应的速率系数、活化能、Ni 2＋和Fe3＋离子的平均扩散系数。     

Suppressed Jahn–Teller Distortion in MnCo2O4@Ni2P Heterostructures to Promote the Overall Water Splitting

Jahn–Teller distortion in cobalt based spinel electrocatalysts causes poor activity and stability in potentially promising catalysts for water splitting. Here, a novel strategy to resolve this problem by interface engineering is reported, in which, Jahn–Teller distortion in MnCo₂O₄ is significantly suppressed by in situ growth Ni₂P nanosheets onto the MnCo₂O₄. The significance of interface engineering in suppressing Jahn–Teller distortion of Mn³⁺ is further investigated by X‐ray photoelectron spectroscopy, the resulting increased catalytic activity and the effects of suppressed distortion demonstrated by density functional theory calculations. The resulting MnCo₂O₄@Ni₂P heterostructures exhibit superior electrocatalytic activity for the both oxygen evolution reaction and hydrogen evolution reaction with small overpotentials of 240 and 57 mV at 10 mA cm^‐2, respectively. Furthermore, the heterogeneous composite electrode demonstrates a superior current density of 10 mA cm^‐2 at a voltage of 1.63 V with excellent durability in a water splitting cell.     

Al2O3保护层对高温下Pt/ZnO/Al2O3电极导电稳定性的影响

本工作研究了Al₂O₃保护层的厚度对高温下声表面波器件电极导电稳定性的影响, 采用激光分子束外延方法在Pt/ZnO/Al₂O₃电极上制备了不同厚度的Al₂O₃保护层。通过测量样品高温环境中的实时电阻, 发现Al₂O₃缓冲层的厚度对电极在高温下的导电稳定性的影响非常大。结果表明, 没有Al₂O₃保护层时, Pt/ZnO/Al₂O₃电极的电阻升温至800 ℃时开始急剧地增加。当包覆40 nm的Al₂O₃保护层时, 电极在升温至900 ℃以上才出现电阻值剧烈增加的现象。而随着Al₂O₃保护层厚度的增加, 电极的电阻在高温下的导电性能也更加稳定。SEM测试结果表明, 经过1000 ℃、1 h的高温测试后, Al₂O₃保护层越薄的Pt/ZnO/Al₂O₃电极, 结块形成的Pt颗粒越大与不连续的Pt空洞更多。这些结果为制备高温下稳定工作的声表面波器件提供了一条新的思路。     

NiFe2O4/Ag复合材料的制备及其耐蚀和导电性能

以Fe2O3、NiO和Ag2O为主要原料,采用固相烧结工艺制备了NiFe2O4/Ag复合材料,用X射线衍射和扫描电子显微镜对材料的组成和微观结构进行了研究,并测量了样品在冰晶石熔盐中的静态热腐蚀速率及其高温电导率.结果表明,复合材料由NiO、NiFe2O4尖晶石和Ag三相组成.随着Ag2O含量的增多,复合材料的致密化程度先增加而后降低,当Ag2O含量为6%时,试样的致密化程度最高.Ag2O的加入在不提高试样在冰晶石熔盐中的静态热腐蚀速率的前提下,提高了试样的高温电导率.     

添加TiO2对镍铁尖晶石惰性阳极材料性能的影响

为了提高惰性阳极材料的性能,本文尝试在合成镍铁尖晶石过程中掺杂一定量TiO2.采用高温固相反应法在1200℃下烧结6h,制备掺杂TiO2的镍铁尖晶石惰性阳极材料.研究了掺杂TiO2对试样密度、电导率和腐蚀率的影响.研究结果表明,掺杂TiO2后NiFe2O4的晶格产生畸变,从而TiO2促进烧结,提高材料的密度.并且由于Ti4 离子取代Fe3 离子,产生导电电子,改善了NiFe2O4惰性阳极材料的导电性.添加0.5%TiO2可降低材料的腐蚀率,但随着添加量的增加腐蚀率也增加,说明TiO2对材料的抗腐蚀性不利.经研究发现腐蚀率降低的原因是腐蚀过程中NiFe2O4分解产生的Fe2O3与电解质中Al2O3反应生成了FeAl2O4.综合考虑TiO2对材料各性能的影响,最终确定掺杂量为0.5%.     

聚乙二醇在MgAl_2O_4前驱体表面的吸附及改性作用

借助IR光谱、SEM及粒度分析、Zeta电位等测试手段,研究了非离子型表面活性剂聚乙二醇(PEG)大分子对MgAl2O4前驱体表面上的吸附状态和表面性能的影响。结果表明,在沉淀过程中引入PEG1000,并用含有少量PEG1000的溶液洗涤前驱体,可以改变前驱体表面特性,增强空间位阻效应,避免干燥和焙烧过程中形成硬团聚体以及改善粉体的分散性。     

响应面法优化CoFe2O4高温改性海泡石制备条件研究

采用高温对天然海泡石原矿进行改性,制备具有可高温催化氧化再生CoFe2O4/高温改性海泡石吸附剂.利用SAS软件中的二水平设计和响应面分析法对制备CoFe2O4/高温改性海泡石的影响因素进行了优化.采用PIackett-Burman(PB)设计对影响CoFe2O4/高温改性海泡石再生率相关因素的效应进行了评价并筛选出显著因素:n(Co(NO3)3):n(Fe(NO3)3)、m(金属氧化物):m(海泡石)及煅烧温度,其它因素对CoFe2O4/高温改性海泡石再生率的影响不显著.根据Box-Behnken设计及响应面分析确定了重要影响因素的最佳条件.结果表明,CoFe2O4/高温改性海泡石的最适制备工艺为:n(Co(NO3)3):n(Fe(NO3)3)=1:2.0,m(金属氧化物):m(海泡石)=0.50:10,煅烧温度610℃.在该条件下CoFe2O4/高温改性海泡石的再生率达79.93%.与模型预测值十分吻合.