含碳耐火材料防氧化技术综述

以MgO或Al2 O3与鳞片石墨复合制备的含碳耐火材料具有优异的抗热震性、抗侵蚀性能,被广泛应用于浸入式水口、长水口、塞棒、滑板,以及具有控流和钢水净化作用的功能耐火材料部件和炼钢转炉、电炉、钢包内衬、冶金窑炉内衬等.同时,随着钢铁冶金等行业趋向于高效化和智能化,对含碳耐火材料的抗渣侵蚀性能和抗热震性能提出了更高的要求.而含碳耐火材料的损毁往往是从其中的石墨被氧化开始,碳的易氧化不仅消耗鳞片石墨资源释放温室气体,而且使含碳耐火材料的性能下降、使用寿命缩短.因此,含碳耐火材料防氧化技术的发展对钢铁冶金行业提质增效、资源环境保护具有重要的现实意义.然而,含碳耐火材料的原料组成复杂,使用过程中性能相互制约,在提高抗氧化性能的同时,导致含碳耐火材料的其他性能下降.因此,研究者们除了通过调整不同抗氧化剂的含量和粒径优化抗氧化性能外,主要从抗氧化剂的复合化和含碳耐火材料微观结构演变方面不断尝试,在提高含碳耐火材料抗氧化性能的同时,协同提高其抗渣侵蚀性能和力学性能.根据含碳耐火材料的氧化损毁机理,添加抗氧化剂法依旧是含碳耐火材料最常用的防氧化技术.金属抗氧化剂除了生成金属氧化物和碳化物阻止含碳耐火材料的氧化外,通过固相反应生成的陶瓷相产物还可以提高含碳耐火材料的力学性能和抗渣侵蚀性能,过渡金属和金属合金作为抗氧化剂还可以催化热解碳石墨化以及促进碳化物晶须的生成.碳化物抗氧化剂除了常见的碳化硅和碳化硼外,MAX相和Al与碳化物结合制备的复杂化合物不仅具有优异的抗氧化性能,还可以有效避免由金属碳化物水化导致的含碳耐火材料的开裂问题.含硼氧化物作为抗氧化剂不但可以生成致密的氧化层减缓氧气的渗透,而且容易通过离子迁移形成镁铝尖晶石.此外,纳米抗氧化剂和复合粉抗氧化剂更易于分散在含碳耐火材料基质中形成均质微观结构,从而改善其综合性能.本文综述了含碳耐火材料的氧化损毁机理,主要分析了金属、碳化物和含硼氧化物三种类型抗氧化剂的研究现状,着重阐述了抗氧化剂在反应机理、微观结构演变方面的研究进展,最后提出了含碳耐火材料防氧化技术新的研究方向.     

电弧喷涂制备铝基涂层的组织与性能研究

采用铝基粉芯丝材和电弧喷涂技术制备了铝基涂层,并研究了涂层的显微组织和抗氧化、耐腐蚀等性能.铝基原始涂层主要物相有AlFe,AlFe3,Al2O3,AlFe0.25 Ni0.77和AlNi等;经过800℃×1h热处理之后涂层中生成了高铝含量的新相Al3Ni4,Al86Fe14,Al5FeNi,提高了涂层的硬度.铝基涂层的抗氧化、耐腐蚀性能明显地优于相应的铁基涂层;其中Al-Fe-Ni-B铝基涂层抗氧化性能优良,接近于45CT;Al-Ni-Cr铝基涂层的耐腐蚀性能可与45CT相媲美.     

碳/碳复合材料SiC/MoSi_2/ZrO_2涂层体系氧化烧蚀性能

抗氧化涂层技术是解决碳/碳复合材料高温抗氧化性的最有效技术途径之一。为了提高材料在1 800℃以上的高温抗氧化性能,首次采用包埋法、涂刷法和等离子喷涂法在碳/碳复合材料表面制备出SiC/MoSi_2/ZrO_2梯度抗氧化涂层体系。采用SEM/EDS、结合力和粗糙度测试对涂层表面及断面形貌进行微观分析,利用等离子风洞对整个涂层体系进行氧化试验。结果表明:基体、过渡层和高温抗氧化层之间结合力良好,高温抗氧化层厚度均匀、结构致密。经等离子风洞氧化600s后,涂层表面温度达到1 850℃,氧化质量失重速率仅为3.15×10~(-6) g/(cm~2·s)。表明SiC/MOSi_2/ZrO_2梯度抗氧化涂层体系在1 800℃以上的高温环境下具有很好的抗氧化性能。     

碳/碳复合材料磷酸盐抗氧化涂层的研究进展

综述了国内外碳/碳复合材料磷酸盐抗氧化涂层的研究进展,介绍了磷酸盐涂层体系的抗氧化原理、制备方法及研究现状,总结了碳/碳复合材料现有磷酸盐涂层体系的不足之处,展望了磷酸盐涂层发展的前景,指出未来碳/碳复合材料磷酸盐抗氧化涂层工作的重点应该是探索新的低成本工艺技术制备致密、结合力好、能在全温度段保护碳/碳复合材料的磷酸盐涂层体系,并详细研究了该涂层的抗氧化、失效机理.     

碳材料耐高温抗氧化涂层的研究进展

碳材料作为具有优良高温力学性能的结构材料,在冶金工业、航空航天和军事等高温应用领域获得广泛应用,但碳材料在高温氧化气氛中的易氧化性是其使用受限的主要原因。目前在碳材料表面涂覆耐高温抗氧化涂层是解决其高温氧化防护问题的重要办法。主要介绍了碳材料在各应用领域涉及的高温抗氧化涂层技术,并就近年高温抗氧化涂层技术的主要成就和发展方向展开了综述。     

碳/碳复合材料高温抗氧化涂层研究进展

介绍了碳／碳复合材料抗氧化涂层的基本要求和近年来抗氧化涂层的研究进展，讨论了目前抗氧化涂层中存在的主要问题。对于碳／碳抗氧化涂层的研究方向，也作了简要的阐述。     

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.     

碳/碳复合材料防护涂层的抗氧化行为研究

对碳/碳复合材料MoSi₂-SiC 复相陶瓷抗氧化涂层在1650℃以下温度的等温氧化动力学、以及涂层的结构与组成对抗氧化性能的影响进行了研究, 阐明了涂层的抗氧化过程及机理。通过对涂层的显微形貌、相组成及成分的观察与分析, 进一步提出了合理的涂层结构。结果表明, 碳/碳复合材料MMoSi₂-SiC 复相陶瓷涂层的抗氧化性能取决于氧在涂层中的扩散过程。     

C/SiC/Si-Mo-Cr复合涂层碳/碳复合材料力学性能研究

采用包埋法和涂刷法在碳/碳复合材料表面制备了一种新型的C/SiC/Si-Mo-Cr复合高温抗氧化涂层. 借助XRD和SEM等测试手段对所制备复合涂层的微观结构进行了表征, 采用三点弯曲试验研究了涂层处理及热震试验对碳/碳复合材料力学性能的影响规律. 结果表明: 制备的多相涂层结构致密, 涂层后碳/碳复合材料弯曲强度有所增大, 断裂特征由假塑性向脆性转变. 涂层试样经1500℃至室温20次热震后, 涂层试样的弯曲强度降低, 塑性增强.     

纯钛材表面电弧喷涂铝层的高温抗氧化性能及机制

为了提高钛材的高温抗氧化性能,采用电弧喷涂方法在纯钛材表面制备了铝涂层,并对其进行800℃,64 h的连续氧化,从铝涂层的微观组织变化,探讨了其高温抗氧化机制。结果表明:电弧喷涂铝涂层可以显著提高纯钛材的高温抗氧化性能;在加热过程中,电弧喷涂的铝涂层发生熔化、扩散,形成了以Al3Ti相为主的扩散层,该富铝相提供充足的铝元素,在涂层表面形成连续的Al2O3,从而对纯钛基体提供有效的高温氧化防护作用。     

纳米Al_2O_3掺杂对AM60B镁合金表面微弧氧化膜层结构和耐蚀性的影响

为促进大面积镁合金表面耐蚀性能优良的微弧氧化膜层的工业化生产,在硅酸盐水溶液中掺杂纳米Al_2O_3颗粒对AM60B镁合金进行微弧氧化;采用扫描电镜、X射线衍射仪及盐雾试验分析了掺杂纳米Al_2O_3颗粒对氧化膜层的形成过程、形貌、成分以及耐蚀性的影响。结果表明:掺杂纳米Al_2O_3微弧氧化膜物相组成主要有MgO、MgAl_2O_4、Mg_2Si_2O_4、Al_2O_3,纳米Al_2O_3的掺杂能提高氧化膜的密度,促进薄膜生长,使表面孔隙分布更均匀,尺寸更小;掺杂纳米Al_2O_3氧化膜的耐蚀性较未掺杂氧化膜的大幅提高。     

氩弧熔覆Fe-Al金属间化合物复合涂层的组织与性能

为改善Fe-Al金属间化合物的力学性能及抗高温氧化性能,利用氩弧熔覆方法在Q235钢上制备了Fe-Al熔覆层和Fe-Al/Al_2O_3熔覆层。采用金相显微镜、X射线衍射仪、硬度计、磨粒磨损试验机对氩弧熔覆涂层进行显微组织结构观察和磨损性能测试。采用高温氧化试验对涂层的耐高温氧化性进行了研究。结果表明:Fe-Al熔覆层形成FeAl和Fe_3Al相,而Fe-Al/Al_2O_3熔覆涂层含有FeAl、Fe_3Al和Al_2O_3相;熔覆层的耐磨粒磨损性能优于基体且Fe-Al/Al_2O_3熔覆层优于Fe-Al熔覆层;熔覆层的耐高温氧化性能明显提高,在700℃下,Fe-Al熔覆层和Fe-Al/Al_2O_3熔覆层相比于基体分别提高了4.46和5.68倍。     

石墨表面Al_2O_3/SiO_2复合涂层的抗氧化性能

400 ℃下的石墨不能有效地冷却热气溶胶,且抗氧化失重性能差.采用sol-gel法在石墨表面制备了Al2O3/SiO2复合涂层,探讨了Al2O3粉末对涂层抗氧化性能的影响,研究了涂层的组成、结构形貌及抗氧化性能.结果表明:sol-gel法制备的Al2O3/SiO2复合抗氧化涂层除了少量的微孔外,比较致密完整,涂层主要由无定形的SiO2和Al2O3晶体组成;涂层700℃氧化40 min后失重为1.866%(质量分数),800℃氧化30 min后失重为2.750%(质量分数);Al2O3/SiO2复合溶胶中加入适量的Al2O3粉末能有效提高涂层的抗氧化性能.     

Oxidation Behaviour of Sputtered Ni-3Cr-20Al Alloy

1. IntroductionNi-base superalloys are the important materialsused at high temperature and greatly rely on the presence of Cr and/or Al to form a protective scale ofCrook or Allot. Therefore, the investigation of oxidation of the simple Ni-Cr-Al ternary alloys is beneficial to the understanding of oxidation patterns of complex Ni-base superalloys. Some works have been conducted on the Ni-Cr-Al alloys with normal grain sizeand the results indicated that different oxides couldbe formed accor…     

HP40Nb钢热浸镀Al-Si高温氧化行为及组织研究

为提高高温抗氧化性能,对HP40Nb钢进行了热浸镀Al-10%(质量分数)Si,并进行不同温度扩散处理,研究了不同扩散处理试样在1000℃条件下的高温氧化行为,通过SEM,EDS和XRD分析了经不同扩散处理后的渗层在高温氧化过程中的组织结构变化.结果表明:经800℃/4h扩散处理,渗层由内层(NiAl+ Cr3 Si)...     

钛合金表面梯度Al2O3陶瓷涂层的高温抗氧化性能

钛合金应用广泛,但在高温环境中极易被氧化,降低其力学性能及寿命。利用溶胶-凝胶法在TC11钛合金上制备梯度层(ZrO_2+Al_2O_3)+表层(Al_2O_3)的复合梯度涂层,提高其高温抗氧化能力。将复合梯度涂层、单层氧化铝涂层以及基体在700℃进行100h的高温氧化,利用氧化增重数据拟合得到梯度涂层的氧化速率为0.015mg~2/(cm4·h),氧化指数为2.137,并结合氧化后EDS成分分布,发现复合梯度涂层可以提高基体的高温抗氧化性能。同时利用700℃热震实验比较了复合梯度氧化铝涂层试样和单层氧化铝陶瓷试样的热震次数,梯度层(ZrO2+Al_2O_3)的存在缓解了基体与氧化铝陶瓷涂层之间热膨胀系数不匹配而导致的易剥落的问题,延长了涂层寿命,进一步提高了基体的高温抗氧化能力。     

溅射Ni11Co26Cr6Al0.5Y涂层对镍基合金在1000 ℃氧化行为的影响

通过对有/无Ni11Co26Cr6Al0.5Y涂层镍基合金在1000℃进行氧化动力学曲线测定,及组织结构观察,研究了Ni11Co26Cr6Al0.5Y涂层对镍基合金高温氧化行为的影响。结果表明:高温氧化期间,合金发生外氧化和内氧化,外氧化层由NiO、NiCrO_4、CoWO_4构成,中间氧化物由TiO_2、Al_2O_3、NiWO_4构成,中间层氧化物层抑制了基体中Al元素向外扩散,形成平直连续的Al_2O_3内氧化物层;合金氧化动力学曲线呈现起伏波动的特征。镍基合金经溅射Ni11Co26Cr6Al0.5Y涂层,可有效改善合金的抗氧化性能;涂层的氧化动力学曲线仅在氧化初期有轻微增重而后趋于平稳,遵循抛物线规律,其形成的Al_2O_3氧化膜未发生明显剥落,仅在涂层内及近涂层/基体界面区域存在少量Al_2O_3内氧化物。     

用溶胶－凝胶法在碳纤维表面涂覆Al2O3

本文研究用溶胶-凝胶方法在碳纤维表面涂覆Al₂O₃,的工艺对涂层性能、结构及对纤维强度、抗氧化性能等的影响。结果表明:所配溶胶质量好,涂覆工艺合适,可在纤维表面得到均匀、连续的Al₂O₃,涂层;该涂层不仅改善了纤维的抗氧化性能,而且还能保持纤维原有的强度;改善与熔铝的润湿性,为复合材料的制备提供方便。     

2024铝合金微弧氧化涂层的耐磨性能

为了提高2024铝合金的耐磨性,对其进行微弧氧化。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了涂层的微观组织结构和物相组成;采用高速往复摩擦磨损试验机对2024铝合金微弧氧化涂层在不同载荷下的磨损性能进行了研究,并采用白光三维形貌仪进行磨损形貌分析及磨损体积计算。结果表明:2024铝合金微弧氧化涂层是一种微孔结构,涂层相主要成分为α-Al_2O_3、γ-Al_2O_3,且Al_2O_3具有高硬度、耐磨损的优良特性,有利于提高铝合金的耐磨损性能;微弧氧化涂层的摩擦系数随着载荷的增加而减小,而磨损量随载荷的增加而增加,磨损机理为磨粒磨损。     

Fe-5Cr合金表面溶胶-凝胶复合涂层的抗高温腐蚀性能研究

在含氧化铝-氧化钇纳米粒子的胶体中添加氧化铝的微米粒子,借助高能球磨机研磨,将纳米或微米陶瓷粉末均匀地分散在溶胶-凝胶溶液中形成涂覆液;采用浸渍提拉法将溶胶-凝胶涂覆液沉积在Fe-5Cr合金基体表面上,然后通过烧结得到厚的陶瓷涂层。利用SEM及EDS对涂层进行了结构、成分以及表面形貌的分析,用XRD技术对涂层表面的相组成进行了分析。采用氧化增重法研究了Fe-5Cr合金基体材料及其涂层的抗高温氧化及硫化性能。研究结果表明,带有溶胶-凝胶复合涂层的试样在600℃下具有优异的抗高温氧化及较好的抗高温硫化性能。