等离子喷涂CuAlNi/hBN涂层与钛合金的界面扩散及表面氧化性能

采用离心喷雾造粒、手工包覆法制备了CuAlNi/hBN(hexagonal boron nitride)复合粉体,并采用大气等离子喷涂技术制备了CuAlNi/hBN复合涂层。采用SEM和EDX对涂层的结构和性能进行了表征,结果表明:CuAlNi/hBN复合涂层为层状结构,涂层和基体间结合良好。700℃时,涂层中的Ni和Cu元素向钛合金基体中进行了少量的扩散,随着温度升高到800℃,涂层中大量的Cu、Al、Ni均向钛合金发生了扩散。在700℃时,涂层表面发生了少量的氧化,随着温度升高到800℃,整个涂层均发生了氧化,涂层表面氧化层从外到内分为两层,外层为Cu+Cu O层,内层为Cu O+Al2O3层。     

等离子喷涂CuAl/hBN的表面氧化及与钛合金的界面渗透性能

采用等离子喷涂设备在钛合金表制备了CuAl/hBN涂层,对该涂层的显微结构、表面氧化及与钛合金的界面渗透性能进行了研究,结果发现：CuAl/hBN涂层呈典型的层状结构,各层间结合良好。涂层经800 ℃恒温氧化30 min后,表面从外到内分为Cu和CuO、CuO、CuO和Al2O3三层,涂层中的Cu、Al均向钛合金基体渗透,渗透深度约为5~10 μm,并在富Cu区域中形成了Ti-Cu合金。     

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。     

内氧化制备Cu/Al2O3弥散强化铜的组织性能研究

实验用Cu2O粉作氧化剂,采用简化的内氧化法工艺,在900℃下使Cu-Al合金薄平板内氧化,获得Cu/Al2O3复合材料。研究不同氧化时间(3、6、10 h)下的Cu/Al2O3复合材料的组织特征及性能。研究表明:复合层中Al2O3颗粒呈弥散状分布;复合层表面和内部的晶粒大小明显不同,由于表面Al2O3析出较早,阻止晶粒的充分长大;表面晶粒较小,表面硬度随时间延长而升高。     

大气等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3-30%B4C复合涂层的氧化性能

采用化工冶金包覆、喷雾造粒和固相合金化技术制备了NiCoCrAlY/Al2O3-30%B4C粉体,利用大气等离子喷涂技术制备了NiCoCrAlY/Al2O3-30%B4C复合涂层,对粉体和涂层的显微结构进行了分析,并对涂层的氧化性能进行了研究。结果表明,Al2O3和B4C表面均包覆一层致密的NiCoCrAlY合金,包覆层厚度为3~5 μm。涂层呈典型的层状结构,涂层由NiCoCrAlY、Al2O3和B4C相组成。在850 ℃时,涂层的恒温氧化动力学曲线分为氧化初期的大斜率直线、氧化中期的小斜率直线和氧化后期的抛物线3个阶段。850 ℃下氧化96 h后,涂层表面生成一层连续的氧化物保护层,其外层主要由Al2O3组成,而内层则由Cr2O3和Al2O3组成。     

水蒸气对NiCrAlY涂层抗高温氧化性能的影响

采用热重分析及现代表面分析方法研究了低压等离子喷涂Ni CrAlY涂层在纯氧以及含5%水蒸气的O2中的高温氧化行为,结果表明：在纯氧的氧化环境中 ,NiCrAlY涂层氧化动力学遵循抛物线规律,在含有5％的水蒸气的O2中,NiCrAlY涂层在氧 化至110 h后氧化动力学几乎呈直线规律.XRD及SEM分析显示,NiCrAlY涂层在O2中氧化180 h后,表面形成一层致密的Al2O3;而在含5%水蒸气的O2中氧化180 h后表面氧化层中 除了有Al2O3外,还有NiO和Cr2O3.其原因在于水蒸气中的氢在氧化物中的溶解,致 使Ni2+扩散 速度增加,使氧化层变得疏松,降低其抗氧化性.     

γ-TiAl表面NiCrAlY/Al复合涂层的高温氧化行为

采用磁控溅射和电弧离子镀技术在γ-TiAl合金表面制备NiCrAlY/Al复合涂层,研究了复合涂层对提高γ-TiAl合金抗高温氧化性能的作用机理。经950℃恒温氧化100 h后,涂层表面未发现裂纹和脱落,涂层试样氧化增重值较基体大幅减小。对氧化层进行了SEM、EDS和XRD分析,结果表明无保护涂层的基体γ-TiAl合金表层疏松多孔,无法抵抗高温环境下氧气对基体合金的侵蚀。复合涂层表面的NiCrAlY镀层在氧化过程中形成了Cr2O3,α-Al2O3和β-NiAl相组成的致密防护涂层,阻隔了氧气与基体的接触,中间的Al层为表层持续生成Al2O3提供了Al源。NiCrAlY/Al复合涂层显著提高了基体在950℃下的抗高温氧化性能。     

TC4钛合金沉积NiCrAlY涂层的氧化行为

采用电弧离子镀（AIP）技术在TC4（Ti-6Al-4V）钛合金基体表面沉积制备NiCrAIY涂层,测定TC4钛合金和NiCrAIY涂层在700-900℃的氧化动力学曲线。通过扫描电镜（SEM）、能谱（EDS）分析与X射线衍射分析（XRD）研究TC4钛合金和NiCrAIY涂层氧化前后物相组成和组织形貌,讨论氧化过程中元素的扩散行为。结果表明：在700-900℃静态空气中氧化100h,NiCrAIY涂层能明显提高TC4钛合金的抗氧化性能,TC4钛合金氧化后形成A12O3层和TiO2层交替出现的氧化膜层;经700和800℃氧化后,NiCrAIY涂层保持其原始的相组成,但在表面形成Al2O3和Cr2O3混合氧化膜;经900℃氧化后,氧化膜由Al2O3和TiO2组成;经700℃氧化时,主要发生Ti和Ni两种元素的扩散;经800和900℃氧化时,由于Ti及Ni元素的剧烈扩散,界面附近出现Kirkendall疏孔带和约100μm的β相稳定区;经900℃氧化时,Ti扩散到涂层表面形成氧化物导致氧化速率提高,Cr元素开始向基体扩散并在近界面处富集。     

表面内氧化Al2O3/Cu-(Ce+Y)弥散铜薄板带的组织和性能

采用内氧化工艺,在950℃以工业N2中的余氧为内氧化介质对试样进行表面内氧化,成功制备了Al2O3/Cu复合材料,并对其组织和性能进行了分析.结果表明:Cu-Al-RE合金经950℃×2 h内氧化后,表面内氧化层厚度随着混合稀土含量的增加而增加,当超过0.1%(Ce+Y)时,表面内氧化层厚度略有降低;内氧化法制备的Al2O3/Cu-(Ce+Y)复合材料中弥散分布着大量纳米级的Al2O3颗粒;添加适量的混合稀土能改善Cu-Al合金的导电性,提高合金的硬度.     

纯钛表面多步合成Ti-Al梯度抗氧化涂层

以TA2工业纯钛为基体材料,通过微弧氧化技术及磁控溅射技术在TA2基体表面分别制备了氧化钛薄膜和金属铝涂层,从而形成Ti/TiO2/Al结构试样,然后进行500℃×4 h的真空扩散热处理,研究了TA2纯钛基体表面Ti、Al元素梯度过渡的复合抗氧化涂层的形成机制,以及涂层在700℃下的循环氧化性能。结果表明,Ti/TiO2/Al试样中的金属Al涂层在500℃的真空热处理过程中,不仅能够扩散至Ti基体内形成Ti-Al系列金属间化合物,而且能与TiO2中间层发生化学反应形成TiAl3+Ti Al+Al2O3复合涂层。TA2纯钛基体表面形成Ti-Al梯度抗氧化涂层后,在700℃大气环境中循环氧化50次后的氧化增重仅为无涂层试样的1/10。     

载荷对钛合金Al2O3Y2O3/AlY复合涂层摩擦学性能的影响

为了提高耐摩擦磨损性能,采用磁控溅射技术在γTiAl钛合金表面制备了Al2O3Y2O3/AlY复合涂层。检测了涂层的厚度、表面硬度、微观组织和成分变化。通过在130g、230g和330g载荷下采用GCr15钢球作摩擦副进行的摩擦磨损试验,研究了有和无复合涂层的γTiAl合金的耐摩擦磨损性能。结果表明:Al2O3Y2O3/AlY复合涂层的厚度约为33μm,由Al2O3Y2O3层、AlY层和扩散层组成,平均表面硬度为433.4HV0.1。带复合涂层的γTiAl合金摩擦因数和比磨损率均比无涂层γTiAl合金的小。在不同的摩擦磨损试验载荷下,无涂层γTiAl合金的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损,而有Al2O3Y2O3/AlY复合涂层的γTiAl合金则主要是磨粒磨损和氧化磨损。     

热处理对钛合金表面激光原位合成高铌Ti-Al金属间化合物涂层高温抗氧化行为的影响

采用激光原位合成技术在BT3-1钛合金表面制备了高铌Ti-Al金属间化合物复合涂层。根据XRD谱分析涂层的物相结构,通过GSL-1600X型管式炉测试950℃循环氧化条件下热处理前后基材和涂层单位面积的氧化增重,绘制氧化动力学曲线,并据此比较涂层和基材的抗氧化性能。借助OM和SEM观察了氧化前后涂层的微观形貌,探讨了其高温抗氧化机理。结果表明,热处理前的涂层主要由单质Nb、金属间化合物g-TiAl、a_2-Ti_3Al和Ti_3Al2等物相组成,热处理后的涂层,单质Nb固溶到g-TiAl和a2-Ti_3Al中,同时形成了新相Ti_3Al Nb0.3,涂层近似为g-TiAl+a_2-Ti_3Al双相组织。热处理前涂层的氧化动力学曲线介于线性规律和抛物线规律之间,其高温抗氧化性能比钛合金基材提高了2倍。热处理后涂层的氧化动力学曲线近似呈抛物线规律,且氧化速率小,其高温抗氧化性能比钛合金基材提高了20倍以上。950℃循环氧化条件下,涂层氧化层表面形成了连续致密的胶囊状氧化物,氧化层紧密粘附在未氧化涂层部分,氧化层对涂层起到了良好保护作用,而钛合金基材表面则形成疏松多孔的絮状氧化物,氧化层从基材处碎裂、剥落。Nb的合金化显著改善了Ti-Al金属间化合物的高温抗氧化性能。     

TC4合金热氧化行为的研究

为提高钛合金的表面硬度和耐磨性能,采用表面改性热氧化技术在钛合金表面自生成陶瓷层。用金相显微镜及粗糙度测试仪研究了氧化膜的表面形貌,用显微硬度计分析了试样表面的硬度情况,电子探针研究了涂层成分沿断面分布的情况。结果表明：高温钛合金的氧化层由TiO2和其外表面的一薄层Al2O3所组成,使表面的硬度得到显著的提高。     

TC4钛合金微弧氧化-溶胶凝胶复合涂层的制备及其抗高温氧化性能

为了提高钛合金的使用温度,设计并制备了一种微弧氧化(MAO)-氧化钇稳定氧化锆(YSZ)的陶瓷复合涂层。采用微弧氧化(MAO)技术在TC4钛合金基体表面原位生长出一层氧化铝陶瓷层(TM涂层),然后采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)在MAO层的基础上制备低导热系数的钇稳定氧化锆(YSZ)涂层,最终制备出MAO-YSZ复合涂层(TMY复合涂层)。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析涂层的相结构、组织形貌和成分,并测定了TC4、TM涂层以及TMY复合涂层在700℃下的氧化动力学曲线。结果表明:TMY复合涂层外层以ZrO2为主,内层主要为Al2O3。具有TMY复合涂层的钛合金在700℃下氧化100h后其氧化增重仅为无涂层钛合金的14%,说明TMY复合涂层可以显著提高钛合金的抗高温氧化性能与使用温度。     

Cu基体上抗原子氧侵蚀的Al2O3涂层

在原子氧地面模拟设备中对铜片、Al2 O3 涂层试样进行了原子氧暴露实验 ,采用XPS、SEM等分析手段对暴露前后试样表面的物理和化学变化进行了研究。结果表明 :Cu受到原子氧的侵蚀 ,质量有少许增加 ,表面形貌和电学性能有些变化 ;Al2 O3 涂层质量变化很小 ,对基体提供了良好的保护作用。XPS分析结果表明Cu表面形成CuO氧化物层。反应溅射的Al2 O3 涂层是富Al的 ,初始暴露时由于氧化反应而质量有少许增加 ,随时间延长 ,涂层变得完全符合化学计量     

钛表面改性Al/NiCu组合涂层反应机理及抗氧化性能

采用等离子结合电弧喷涂的工艺方法在工业纯钛表面制备了Al/Ni Cu组合涂层,在700℃的大气环境下对Al/Ni Cu/Ti试件进行加热处理,使得Al、Ni Cu复合涂层之间发生扩散反应并原位生成具有一定抗高温氧化性能的Ni-Al金属间化合物涂层。对加热改性处理前后涂层的微观组织及Ni-Al金属间化合物的形成机理进行了研究,并对经加热和打磨处理后的Al/Ni Cu/Ti试件及无防护涂层的Ti块进行了800℃/100 h的高温氧化试验。研究结果显示,Ti基体表面Al/Ni Cu涂层经700℃炉中加热改性处理后,Al、Ni Cu涂层间可发生扩散反应并原位生成Ni Al3、Cu Al2、Ni2Al3及含有一定Cu元素的Ni Al金属间化合物,但只有高熔点的Ni Al金属间化合物能够始终稳定地存在,且此金属间化合物对Ti基体起到了较好的高温防护作用。     

钛合金微弧氧化/有机硅转化复合涂层的制备与高温性能

为提高钛合金的高温抗氧化性能,采用微弧氧化法和有机硅转化法在TA15合金表面制备出微弧氧化/有机硅转化复合涂层。采用XRD、SEM、EDS等方法分析涂层的组织结构,并评价涂层在700℃时的高温氧化行为。结果表明:微弧氧化涂层主要由锐钛矿相和金红石相Ti O2组成,涂层表面存在直径约5μm的微孔,但涂层内层致密。微弧氧化涂层表面的有机硅转化层主要由Ce O2、Si C、Al和Al_2O_3相组成,厚度约为20μm;微弧氧化涂层与有机硅转化涂层之间无明显界线,界面结合良好。在700℃长时间高温氧化20 h后,TA15合金的氧化增重为0.5875 mg/cm2,微弧氧化涂层的增重为0.2513 mg/cm2,而复合涂层显著改善抗氧化性能,增重仅为0.0506 mg/cm2。700℃至室温热冲击50循环后,复合涂层没有发现剥落,显示出良好的抗热震性能。     

阴极弧离子镀AlCrN涂层高温氧化后XPS分析

采用阴极弧离子镀方法在Ti C基金属陶瓷刀具表面沉积了Al Cr N涂层,进行了900℃下2 h高温氧化试验。通过SEM、EDS、XRD、XPS等手段分析了Al Cr N涂层高温氧化前后表面形貌、元素组成、物相组成及元素结合能,并讨论了Al Cr N涂层高温氧化及失效机理。结果表明,氧化前Al Cr N涂层由Al N、Cr N和Cr2N物相组成,其中Cr N表现出(200)的择优取向,氧化后其物相转变为抗高温的Al2O3、Cr3O4和Ti4O3氧化物;氧化前Al Cr N涂层中Al和N以Al—N键、Cr和N以Cr—N键存在,氧化后Al与O以Al—O键、Cr与O以Cr—O键方式存在,在涂层-基体结合界面处形成了致密的扩散层。     

钛合金表面Ta-W涂层的制备及循环氧化行为

采用电弧离子镀(AIP)在Ti-6.48Al-0.99Mo-0.91Fe(质量分数,%)钛合金表面制备Ta-10W(质量分数,%)涂层。通过扫描电镜(SEM)与能谱(EDS)分析、透射电镜(TEM)分析、电子探针分析(EPMA),X衍射分析(XRD),划痕及纳米压痕试验,研究钛合金基体与Ta-W涂层经900℃大气循环氧化前后的物相组成、组织形貌及性能,讨论涂层/基体的氧化行为。结果表明:沉积态Ta-W涂层连续、均匀、致密,由颗粒细小(≤50 nm)的α-Ta(W)堆积成100~250 nm的等轴晶组成,硬度为14.4~15 GPa,与基体的临界载荷为58.5 N;经900℃大气循环氧化后,钛合金表面形成带裂隙的层状Ti O2、Al2O3疏松混合氧化膜,氧化膜明显脱落;Ta-W涂层能明显提高钛合金的抗循环氧化性能,形成以β-Ta2O5为主的致密氧化膜;随着氧化的进行,氧化膜中Ti O2、Al2O3含量增加并出现Al Ta O4、Al WO4相,氧化膜始终保持完整;氧化过程中,基体中Ti、Al元素及涂层中Ta、W元素互扩散,在界面形成Al Ta2、Al2Ta3、Al3Ti、TixW1-x相,O元素扩散并固溶于基体,在近界面基体处形成厚度逐渐增加的富Ta、W、Al、O、α-Ti固溶体(稳定)区,涂层元素向氧化膜和基体扩散而被消耗为其失效的主要原因。     

铁基合金基底热喷涂热障涂层的界面化合物演化

分别用超音速氧燃料工艺和大气等离子工艺在球墨铸铁QT-500上制备热障涂层的粘结层与陶瓷层。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和Cr3+荧光光谱表征热障涂层随着高温氧化服役进行界面化合物演变规律。研究表明,热障涂层的粘结层/陶瓷层界面上层(CS层)由(Co,Ni)(Co,Al)2O4和Co3O4组成,其下层为Al2O3;用面积法分析了CS层和Al2O3层厚度的变化规律;粘结层/基底合金界面的热生长氧化物为层状和块状交替分布的形貌,其成分主要为Al2O3。1050℃+15 h高温氧化后,粘结层/陶瓷层界面残余压应力随θ-Al2O3→α-Al2O3相转变完全达最低值,然后其残余压应力略有升高,这与大量生长的Co3O4和尖晶石类氧化物有关。