镍基高温合金陶瓷涂层的制备及性能表征

以Cr2O3粉、玻璃料及黏土为原料制成料浆,通过喷涂将其涂覆在镍基高温合金GH44的表面,采用热化学反应法于1050°C保温10min,熔烧制备出高温陶瓷涂层。通过扫描电镜和X射线衍射分析了高温陶瓷涂层的表面和截面形貌以及相组成,对涂覆陶瓷涂层的镍基合金的抗热震性能、抗氧化性能以及高温疲劳性能进行了测试。结果表明,陶瓷涂层结构致密,与基体结合牢固,具有良好的抗热震性能。涂覆陶瓷涂层的镍基合金其高温抗氧化性相对于基体提高了6倍以上,其高温疲劳性能明显改善。     

三元硼化物陶瓷涂层的制备及其力学性能研究

笔者采用的是在Q235钢基体表面用固相反应法制备三元硼化物陶瓷涂层,因为固相反应法制备陶瓷消耗的能源少、污染小、工艺简单,相对传统的制备工艺所需成本较低,所以研究固相反应型三元硼化物陶瓷涂层有很高的科学价值和实用价值。笔者采用Fe-B、Mo、Fe、Al、Cr为陶瓷骨料,使用无机粘结剂磷酸二氢铝作为陶瓷涂层的粘结剂来制备三元硼化物陶瓷涂层,对这种制备陶瓷涂层的工艺做基础性的研究。研究主要有:陶瓷涂层配比研究,陶瓷骨料配比,陶瓷骨料与磷酸二氢铝粘结剂最佳配比;固相反应法制备三元硼化物陶瓷涂层工艺:Q235钢基体表面预处理,固化温度,固化工艺等;涂层结构与性能研究:对涂层的致密性、显微组织、相组成、涂层与基体的结合强度、涂层抗热震性能、涂层的耐磨性进行了研究。     

钛合金高温防护陶瓷涂层的制备与性能

以磷酸二氢铝作为粘接剂,氧化镁与氧化锌作为固化剂,氧化铝与氮化硼作为填料,正硅酸四乙酯作为助剂制备出水性涂料,通过空气喷涂将涂料喷涂到TC18钛合金表面固化后制备出高温防护陶瓷涂层,并对涂层防护的钛合金基体进行了900℃条件下的高温氧化试验与抗热震试验。结果表明:高温氧化试验结束后整个TC18钛合金基体完全氧化,涂层涂覆试样保持完好,在900℃高温氧化环境中达到弱抗氧化性级别。陶瓷涂层历经60次空冷与水冷的抗热震性试验后陶瓷涂层保持宏观完整,未发生大面积脱落现象。     

FeCrAl基高温抗氧化陶瓷涂层抗热震性能的研究

采用陶瓷粘结相与Cr2O3制成料浆,在空气中1300℃下熔烧制备FeCrAl基高温抗氧化陶瓷涂层。研究了分散相Cr2O3的添加量和涂层厚度对试样抗热震性能的影响。结果表明:当Cr2O3的添加量为50%(质量分数,下同)、涂层厚度100μm和熔烧制度为1300℃×60min的条件下,涂层试样的抗热震次数可达16次(室温←→1200℃)。采用SEM、高温热膨胀仪等测试手段对涂层试样的组织结构及性能进行表征,揭示了涂层组织结构与抗热震性能之间的关系。     

熔烧温度对Al-SiC硅酸盐基陶瓷涂层性能的影响

以硅酸盐溶液为基料,添加金属Al粉、SiC、TiO₂、玻璃料等陶瓷骨料,采用高温熔烧法在304不锈钢表面制备了硅酸盐基陶瓷涂层,使用扫描电子显微镜(SEM)、热重分析仪(TG)、X射线衍射仪(XRD)等研究了熔烧温度对涂层性能的影响。结果表明,涂层在700~1 100 ℃熔烧过程中,陶瓷涂层与金属基体之间呈冶金结合,伴随有Al₂O₃和TiO₂的晶相转变;涂层厚度为150 μm,并在800 ℃熔烧固化时,结合强度最高,为23.3 MPa;涂层经1 000 ℃高温熔烧后剩余固体含量为76.7%,表现出良好的耐高温性。     

C/C复合材料抗氧化耐高温SiC陶瓷涂层的研究

采用高温反应法和PVD法在SiC工业合成炉内制备了C/C复合材料耐高温抗氧化SiC陶瓷涂层.用XRD、SEM对其物相组成和显微结构进行了表征与分析,讨论了涂层的形成机理,并研究了其高温氧化性能.研究结果表明,所制备的陶瓷涂层主要由α-SiCβ-SiC组成,晶粒发育完整,涂层表面致密、无裂纹,且与碳基体结合紧密,涂层厚度约600μm,涂层抗氧化性良好,在1500℃空气中氧化10h失重约为0.3%.     

高温熔烧法制备金属基陶瓷涂层的研究

以玻璃熔块、氧化铬粉、粘土粉和硅酸锆微粉为原料制成的涂料,用滚涂法将其均匀涂覆在不锈钢管上,经高温(1000~1050℃保温20min)熔烧制备出了耐磨、抗高温氧化的陶瓷涂层。对陶瓷涂层的耐磨性、抗高温氧化性、抗热震性等性能进行了测试,并对影响涂层性能的因素进行了研究。结果表明:引入具有较大热膨胀系数的玻璃熔块料有利于提高涂层结合性;加涂层的试样均能明显改善基体的耐磨性和抗高温氧化性。涂层的耐磨性随硅酸锆微粉加入量的增加而提高,加入量为15%时耐磨性和抗热震性最好,其热震循环(1000℃空冷)可达22次。     

Cf/SiC 复合材料的 ZrB2-SiC/SiC 超高温陶瓷涂层研究

采用两步包埋法在Cf/SiC复合材料表面制备了Zr B_2-SiC/SiC超高温陶瓷涂层。借助SEM、XRD对涂层的微观结构及物相组成进行了分析研究,并进行了高温静态氧化和热震测试。研究表明,1500°C氧化5 h后,涂层表面覆盖有平整的玻璃相氧化层,氧化失重率为6.4%;热震测试10次后涂层的氧化失重率为14%。Zr B_2-SiC/SiC涂层能有效提高Cf/SiC复合材料的高温抗氧化性能。     

Al_2O_3包覆ZrO_2粉体制备的热障涂层材料的结构与性能

以化学液相法制备的Al_2O_3包覆ZrO_2/Y_2O_3复合粉体作为喷涂原料,利用等离子喷涂法制备了不同厚度的热障涂层。采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对涂层物相和显微结构进行了分析,并对其相结构稳定性、与基体结合强度、抗高温氧化性等性能进行了研究。结果表明:采用Al_2O_3包覆ZrO_2/Y_2O_3复合粉体制备的热障涂层具有t相结构,涂层与基体之间具有较好的结合力,不同厚度涂层试样SEM形貌表面平整、光滑细致、晶界清晰、晶粒大小均匀,但气孔和裂纹随涂层厚度增大明显减少。经1 050℃氧化10 h处理后,涂层的氧化后质量增加速率随氧化时间的延长明显变缓,另外涂层的稳定性、高温抗氧化性能及隔热效果随着涂层厚度的增大而增强。     

氧化钙对煤矸石粉末陶瓷涂层耐蚀性的影响

本文采用含多种氧化物的煤矸石粉末,以加钙活化的煤矸石和未加钙的煤矸石两种配方为涂层骨料,用热化学反应法在Q235钢表面制备陶瓷涂层.通过XRD分析球磨前后粉体及陶瓷涂层的相结构,并分析涂层的抗热震性和耐蚀性能.结果表明,通过热化学反应法制备煤矸石陶瓷涂层是可行的,制备过程中产生Al6Si2O13、Al2 SiO5、AINi、CaAl2 Si2O8及玻璃新相.涂层的性能比基体有了很大的提高,其中煤矸石陶瓷涂层的耐酸、碱、盐性分别提高4.31倍、2.08倍、2.06倍;加钙煤矸石陶瓷涂层分别提高9.79倍、2.38倍、2.86倍.     

可加工BN/B_4C复相陶瓷的制备与其抗热震性能

采用热压烧结工艺制备了BN/B4C微米复相陶瓷和BN/B4C纳米复相陶瓷。由淬水法测试了单相B4C陶瓷,BN/B4C微米复相陶瓷和BN/B4C纳米复相陶瓷的抗热震性能,用三点弯曲法测试了热震后样品的抗弯强度。结果表明:BN/B4C微米复相陶瓷和BN/B4C纳米复相陶瓷的抗热震性能明显高于单相B4C陶瓷的抗热震性能,而且BN/B4C纳米复相陶瓷的抗热震性能明显高于BN/B4C微米复相陶瓷的抗热震性能。BN/B4C微米复相陶瓷和BN/B4C纳米复相陶瓷具有良好的抗热震性能主要是由于具有较高的抗弯强度和较低的弹性模量;同时BN/B4C复相陶瓷中的BN/B4C弱界面和层状结构的h-BN晶粒能够显著提高复相陶瓷的抗热震性能。     

含堇青石涂层碳化硅网状多孔陶瓷的制备及燃烧特性

针对多孔介质高温燃烧用碳化硅多孔陶瓷因高温氧化导致抗热震性能以及辐射效率衰减等问题,首先采用有机泡沫浸渍法制备碳化硅素坯,经低温预烧、真空浸渍含Mg（OH）₂、单质Si和α-Al₂O₃浆料,经过原位反应烧结在碳化硅骨架表面构筑含堇青石红外辐射涂层的碳化硅多孔陶瓷。结果表明：真空浸渍浆料能在碳化硅骨架表面涂覆连续涂层的同时,能完全填充骨架的三角孔洞,经1 350℃烧结成功制备了具有堇青石涂层、碳化硅骨架中间层、堇青石填充层的3层结构碳化硅多孔陶瓷。3层结构的形成显著提高了碳化硅多孔陶瓷力学性能及抗热震性能以及高温抗湿氧化能力,碳化硅多孔陶瓷在1 350℃热处理后耐压强度达到1.18 MPa、残余强度保持率达67%;碳化硅多孔陶瓷中3层结构孔筋表面堇青石红外辐射涂层的形成,强化了碳化硅多孔介质燃烧器辐射换热过程和燃烧效率,将燃烧器表面温度提高约140℃,并显著降低了燃烧器中CO、NO_x等污染物的排放量。     

C/SiC复合材料表面化学气相沉积涂覆SiC涂层及其抗氧化性能

采用化学气相沉积法,在1 100 ℃,在碳纤维增强碳化硅复合材料表面制备SiC涂层,研究了涂层连续沉积和分4次沉积(每次沉积时间为6 h)所制备的SiC涂层的微观结构和涂层样品的氧化性能.结果表明:两种SiC涂层的厚度均约为40 μm,且4次沉积制备的SiC涂层为一个连续的整体.涂层连续沉积时,表面只出现裸露裂纹;分4次沉积制备时,表面出现大量边缘有SiC生长锥的附着裂纹,附着裂纹在高温氧化时易发生自愈合.与连续涂层样品相比,4次涂层能显著提高C/SiC样品的抗氧化性能.4次涂层样品经1 400 ℃,50 h氧化后,质量损失为0.88%,质量损失速率稳定在6.30 × 10-5 g/(cm2?h),且4次涂层样品具有优异的抗热震性能.     

陶瓷涂层三明治板的抗热震性

采用解析法研究了第3类边界条件下双面陶瓷涂层三明治板的瞬态温度场及瞬态热应力场.对不同Biot模数的热冲击过程中,Al2O3涂层/硬质合金(WC-8%Co,质量分数)基体/Al2O3涂层三明治板的瞬态热应力进行了数值计算.分析了涂层/基体厚度比、涂层与基体热-物理性能匹配对陶瓷涂层三明治板表面热应力峰值的影响.结果表明:陶瓷涂层三明治板的基体的热导率、线膨胀系数和弹性模量应高于涂层,这样可以降低其表面热应力,获得高抗热震性陶瓷涂层三明治板.此外,涂层厚度应尽可能小,以利于改善涂层的抗热震性.     

水热温度对SiC-C/C复合材料表面水热电泳沉积SiCn-MoSi2复合抗氧化涂层的影响

采用水热电泳沉积法在SiC–C/C复合材料表面制备了纳米碳化硅和二硅化钼的复相(SiCn–MoSi2)抗氧化涂层。采用X射线衍射和扫描电子显微镜等对制备涂层的晶相组成、表面及断面微观结构进行了表征。研究了水热温度对制备涂层的结构及高温抗氧化性能的影响,分析了涂层在1 600℃静态氧化行为及失效机理。结果表明:外涂层主要由MoSi2和β-SiC晶相组成。复相外涂层的致密程度、厚度及抗氧化性能随着水热温度的升高而提高。SiCn–MoSi2/SiC复合涂层具有较好的抗氧化和抗热震能力,在1 600℃氧化80 h后氧化质量损失为3.6×10–3 g/cm2。复合涂层在1 600℃的氧化失效主要是由于经过长时间氧化后SiO2玻璃膜层不能及时有效填补涂层中的缺陷,涂层中出现贯穿性的裂纹和孔洞导致的。     

水热温度对SiC–C/C复合材料表面水热电泳沉积SiCn–MoSi2复合抗氧化涂层的影响

采用水热电泳沉积法在SiC–C/C复合材料表面制备了纳米碳化硅和二硅化钼的复相(SiCn–MoSi2)抗氧化涂层。采用X射线衍射和扫描电子显微镜等对制备涂层的晶相组成、表面及断面微观结构进行了表征。研究了水热温度对制备涂层的结构及高温抗氧化性能的影响,分析了涂层在1 600℃静态氧化行为及失效机理。结果表明:外涂层主要由MoSi2和β-SiC晶相组成。复相外涂层的致密程度、厚度及抗氧化性能随着水热温度的升高而提高。SiCn–MoSi2/SiC复合涂层具有较好的抗氧化和抗热震能力,在1 600℃氧化80 h后氧化质量损失为3.6×10–3 g/cm2。复合涂层在1 600℃的氧化失效主要是由于经过长时间氧化后SiO2玻璃膜层不能及时有效填补涂层中的缺陷,涂层中出现贯穿性的裂纹和孔洞导致的。     

钛合金搪瓷涂层的制备与性能研究

在钛合金表面制备搪瓷涂层,并对其性能进行了研究。结果表明,搪瓷涂层具有较好的抗高温氧化性及抗热震性,能有效提高钛合金的抗腐蚀能力,使其在700°C熔融盐(Na2SO4+NaCl)浸没100h而免遭腐蚀。     

碳复合材料的Si-SiO2-SiC抗氧化涂层研究

以石墨、白刚玉、矾土熟料、α-Al2O3为主要原料制备了碳复合材料的基体试样,将基体试样置于密闭的匣钵中并用Si颗粒包埋,经1600℃1h烧成。研究发现在高温及缺氧气氛条件下,埋Si基体试样烧后,在基体的表面反应形成了Si-SiO2-SiC涂层,反应过程的体积膨胀效应增加了表面涂层的密实度。在常压、空气中,烧后试样于1300℃分别进行0.4h和5h的氧化试验,结果表明随氧化时间的延长,试样表面的Si不断氧化,形成了连续、密实的SiO2薄膜,堵塞气体侵入的通道,赋予试样优良的抗氧化性能。在涂层与基体的结合部位为富含SiC的过渡连接层,在涂层的外表面为SiO2的表面涂层,涂层为具有良好抗热震性能的功能梯度涂层。     

粘接剂对热化学反应陶瓷涂层结构与性能的影响

采用相同的陶瓷骨料(SiO2+Al)、添加剂(MgO+CrO3)和固化工艺,分别以磷酸铝和水玻璃为粘接剂,在Q235钢上制备陶瓷涂层,对其相成分、微观形貌、热震性能以及耐蚀性能进行了分析测试,讨论了粘接剂对涂层耐蚀性的影响。结果表明,尽管以磷酸铝为粘接剂的陶瓷涂层在固化过程中产生少量孔隙,但仍具有比以水玻璃为粘接剂的陶瓷涂层更优异的抗热震性能以及耐酸、碱、盐腐蚀性能。     

可加工氮化硼系复相陶瓷的研究发展现状和发展趋势以及应用现状分析

先进陶瓷材料具有较高的力学性能,以及较高的抗高温氧化性能等。但是先进陶瓷材料由于硬度较高、可加工性能较差,导致陶瓷材料的机械加工成本较高,所以限制了陶瓷材料的广泛应用。为了改善和提高陶瓷材料的可加工性能,向陶瓷基体中加入六方氮化硼形成可加工氮化硼系复相陶瓷。可加工氮化硼系复相陶瓷具有较高的力学性能和优良的可加工性能,氮化硼系复相陶瓷可以进行机械加工。目前研究和开发的可加工氮化硼系复相陶瓷主要包括:Al_2O_3/BN复相陶瓷,ZrO_2/BN复相陶瓷,SiC/BN复相陶瓷,Si_3N_4/BN复相陶瓷,AlN/BN复相陶瓷等。目前可加工氮化硼系复相陶瓷的研究主要集中在氮化硼系复相陶瓷的制备工艺,力学性能,可加工性能,抗热震性能,抗高温氧化性能等。本文主要叙述可加工氮化硼系复相陶瓷的制备工艺,力学性能和可加工性能,抗热震性能,抗高温氧化性能等。并叙述可加工氮化硼系复相陶瓷的研究发展现状和发展趋势,并对可加工氮化硼系复相陶瓷的未来发展趋势进行分析和预测。