Nb-Ti-Si 合金表面辉光离子渗 Mo / 包埋渗 Si制备 MoSi2 涂层的研究

目的在Nb-Ti-Si合金表面制备MoSi2涂层。方法先进行辉光离子渗Mo,再进行包埋渗Si。分析温度对渗Mo层表面形貌、厚度、元素互扩散的影响,以及渗Si后涂层的表面形貌和结构。结果在1100℃进行辉光离子渗Mo,渗Mo层与基体形成了显著的互扩散。对渗Mo层进行包埋渗Si后,所形成的涂层组织致密,具有多层结构,由外向内依次为MoSi2层、NbSi2层和Nb5Si3层,在MoSi2和NbSi2层之间存在(Mo,Nb)Si2互扩散区。结论通过辉光离子渗/包埋渗的方法,可以在Nb-Ti-Si合金表面制备Mo Si2涂层,且涂层与基体呈冶金结合,结合较好。     

MOSi2涂层的组织结构与高温抗氧化性能

采用包渗法在Nb-10W合金基体上制备MoSi2涂层,测试了涂层试样的1 600℃静态抗氧化和室温至1 600℃循环抗氧化性能,分析了硅化过程中涂层的形成机理、涂层表面和截面的形貌以及氧化后涂层成分与结构变化。采用包渗法制备的硅化物涂层是通过反应扩散形成的,该涂层为复合结构:MoSi2相主体层;以NbSi2相为主、并含少量Nb5Si3相的两相过渡区;Nb5Si3相扩散层;该涂层结构表现出良好的高温抗氧化和抗热震性能;Si的扩散是通过空位的反应流动实现的,空位在主体层与两相过渡区界面处聚集成微孔带,氧化后微孔带宽度增加;致密的低硅化物扩散层能有效地阻止裂纹向基体扩展。     

TA2表面等离子渗铌合金层在700~900 ℃的氧化行为

采用双辉技术在TA2基体表面渗入铌形成结构致密、与基体形成冶金结合的钛铌合金层。结合XRD、SEM及EDS等手段分析渗铌和未渗铌TA2试样分别在700、800、900℃的高温氧化行为。实验结果表明:随着氧化温度的提高,氧化增重增加,渗铌比未渗铌的氧化增重降低,抗高温氧化性能改善,特别在900℃铌的作用明显;对渗铌和未渗铌TA2在900℃分别氧化20、40、100 h后氧化层的表面及截面进行分析,获得对合金层成分、结构、氧化性能之间关系的认识。钛铌合金层高温氧化后的氧化层是由三部分组成:外层是由高浓度合金层氧化而形成,其氧化产物主要是Nb2O5/TiO2,中间层主要由TiO2/TiO和Nb2O5组成,内层是分布着条状的富铌相。     

铌合金表面MoSi2-B4C复合涂层的快速烧结制备及高温氧化行为

以Mo-Si-B4C混合粉末为涂层原料,采用放电等离子烧结在铌合金表面原位反应烧结制备MoSi2-B4C复合涂层,研究涂层组织形成过程及界面反应特征,考察涂层在1450℃下的抗氧化性能。结果表明,在烧结的升温阶段,MoSi2相就已完全形成,而在保温的初期阶段,部分B4C颗粒又与邻近的MoSi2反应生成了SiC和Mo2B5。烧结过程中,涂层中的Si和B向基体合金扩散,形成了由NbSi2 + NbB外层和Nb5Si3内层组成的互扩散区。涂层在1450℃至少100h内可有效保护基体,表面生成了致密的SiO2-B2O3氧化膜,而互扩散区内NbB的存在有效阻碍了氧化过程涂层中Si的内扩散。     

铌基超高温合金表面Si-Al包埋共渗抗氧化涂层的组织形成

通过1000～1150℃Si-Al包埋共渗8h的方法在铌基超高温合金表面制备Al改性硅化物抗氧化涂层,结果表明：实验温度下制备的涂层均具有多层复合结构;不同温度下共渗涂层外层的相组成不同,但最内层均由（Nb,Ti）Al3和（Cr,Al）2（Nb,Ti）组成。1050℃、8hSi-Al共渗在合金表面形成了Al改性的硅化物涂层,其最外层主要为Nb3Si5Al2,依次往内为（Nb,X）（Si,Al）2（X代表Ti,Cr和Hf元素）层、（Nb,X）5Si3层以及最内层;而在1000℃、8h条件下Si-Al共渗形成的涂层以（Nb,Ti）Al3为主,其中含有少量的（Nb,X）5Si3,没有形成以硅化物为主的涂层;在1100℃、8h和1150℃、8h条件下Si-Al共渗形成的涂层外层以（Nb,X）（Si,Al）2为主,但其中Al含量（摩尔分数）仅为2.35%,没有形成Nb-Si-Al三元化合物层。     

Ti6Al4V合金表面激光熔覆NiCrAlSi复合涂层的组织及高温抗氧化性能

为提高Ti6Al4V合金的高温抗氧化性能,以Ni80Cr20-40Al-20Si(质量分数,%)复合合金粉末为原料,采用激光熔覆技术,在Ti6Al4V合金表面制备复合涂层,系统地分析涂层的物相、显微组织结构及高温抗氧化性能。结果表明:复合涂层中没有发现裂纹,仅有少量气孔,且与基体实现良好的冶金结合;Ti_5Si_3/Al_3Ni_2作为增强相均匀分布于基体Al_3Ti/NiTi中;经恒温800℃氧化32 h后,复合涂层的氧化膜主要由Al_2O_3和NiO组成,结构连续致密,氧化动力学曲线近似符合抛物线规律,表现出较好的高温抗氧化性能;而Ti6Al4V合金的氧化膜主要为疏松的TiO_2,表面氧化严重,表现出较差的抗氧化性能。激光熔覆NiCrAlSi复合涂层可望成为有效提高Ti6Al4V合金高温抗氧化性能的途径之一。     

汽车发动机用AZ91合金的表面改性层及其性能

对汽车发动机用AZ91合金进行了等离子熔覆表面改性处理,对比分析了Al-Si涂层和Al-Si+Y涂层的显微组织和物相组成,并对改性层的硬度、耐磨性和耐腐蚀性能进行了比较。结果表明,Al-Si熔覆层主要含有α-Mg、Mg17Al12、Mg2Si和Al3Mg2相,Al-Si+Y熔覆层主要含有α-Mg、Mg17Al12、Al3Mg2、Mg2Si和Al2Y相;Al-Si和Al-Si+Y涂层的硬度都高于AZ91合金基体,Y元素的加入形成了细晶强化和弥散强化使得Al-Si+Y涂层具有较高的硬度;汽车发动机表面的耐磨性能从高至低依次为：Al-Si+Y涂层>Al-Si涂层>AZ91合金基材;等离子熔覆改性处理后的发动机缸体的耐腐蚀性能有所提高,其中Al-Si+Y涂层的耐腐蚀性能最好。     

三种铝硅涂层的抗氧化性能研究

用无机盐料浆法在K4104镍基高温合金表面制备了渗Al-Si涂层.改变粘结剂中铬酣(CrO3)的添加量得到了三种不同成分的Al-Si涂层.对三种Al-Si涂层进行1000℃×200h高温氧化性能试验,用扫描电镜(带能谱分析)对试样截面进行形貌观察及成分分析,并用Origin软件绘制氧化动力学曲线.研究结果表明,1000℃×200h氧化过程中三种Al-Ai涂层均生成了连续致密的Al2O3氧化膜;涂层外层由不稳定的β-NiAl相(富Al)向稳定的β-NiAl相(富Ni)转变;三种Al-Si涂层均具有良好的抗高温氧化性;添加少量CrO3得到的Al-Si涂层内层形成了连续的富Si"隔层",该"隔层"有利于阻碍合金元素与Al元素的互扩散,从而降低涂层中Al元素的退化速度.     

激光熔覆CoCrAlYSiHf涂层高温氧化性研究

目的研究铪化物含量对激光熔覆CoCrAlYSiHf涂层高温抗氧化性能的影响。方法实验所用激光熔覆粉末为实验室行星式球磨机球磨并真空干燥后所得粉末。采用激光熔覆的方法分别在GH586上制备铪化物含量为x和3x的两种涂层,并在SX2系列高温电阻炉中测试了大气环境下两种涂层的1100℃静态高温氧化性能。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱仪,对高温氧化过程中的涂层表面形貌、氧化物结构演变进行表征。结果铪化物含量为3x的涂层,其表面出现了大量的孔隙及显微裂纹等缺陷,而铪化物含量为x的涂层表面光整、均匀,无明显缺陷。同时,铪化物含量为x的涂层在1100℃静态高温氧化后,表面形成了一层连续致密的Cr_2O_3氧化膜;而铪化物含量为3x的涂层在1100℃静态高温氧化后,表面氧化物中含有大量的尖晶石氧化物,且氧化膜中存在大量孔隙等缺陷。结论当激光熔覆CoCrAlYSiHf涂层中添加3x的铪化物时,其高温抗氧化性能明显低于含x铪化物的CoCrAlYSiHf涂层。     

CeO2颗粒对铌合金表面镀渗复合涂层抗氧化性能的影响

为了提高铌合金的高温抗氧化性,采用化学镀结合包埋渗技术在铌合金表面制备了含有CeO_2颗粒的复合涂层,研究了复合涂层的微观结构和高温抗氧化性能。结果表明,不含CeO_2的Al/Ni涂层以NiAl相为主,Al/Ni-CeO_2涂层则含NiAl、NiAl_3、Al3Nb和CeO_2等相。经1000℃氧化测试,Al/Ni复合涂层氧化50 h后增重为8.0 mg/cm~2,表面主要生成Al_2O_3、AlNbO_4相;Al/Ni-CeO_2复合涂层50 h后氧化增重为4.0 mg/cm~2,表面以Al_2O_3、CeO_2、NiAl、NiAl_3、Al3Nb、AlNbO_4相为主。高温氧化后,2种涂层样品表面均生成连续致密的Al_2O_3膜,涂层与基体结合良好;含CeO_2的涂层,其稀土氧化物主要在Ni膜拖拽力作用下富集于涂层互扩散区。稀土氧化物颗粒的添加细化涂层组织,降低涂层中Al元素的消耗,填补涂层中的孔洞,增强了氧化膜与涂层的粘附力,有效提高了涂层的抗氧化性。     

Influences of laser powers on microstructure and properties of the coatings on the AZ91HP magnesium alloy

Al-Si alloy coatings were prepared on AZ91HP magnesium alloy by broad-beam laser cladding; the influences of the powers on the microstructure and properties of the coatings were discussed. It was found that the microstructure of the coatings at the powers of 3 and 3.5kW was characterized by Mg₂Si dendrites, and needle-like Mg₂Al₃(hcp) dispersing in the Mg₁₇Al₁₂ matrix, whereas the coating at the power of 2.5 kW was composed of the petal-like Mg₂Al₃ (fcc) as well as the needle-like Mg₂Al₃(hcp). The coating at the power of 4 kW appeared as α-Mg solid solution and Mg₂Si, Mg₁₇Al₁₂, as well as Mg₂Al₃ (hcp). The coatings with the powers of 3 and 3.5　kW exhibited higher microhardness and better wear resistance because of more Mg₂Si and Mg₁₇Al₁₂. However, the coating at the power of 2.5 kW displayed better corrosion resistance.     

激光熔覆制备高熵合金涂层的研究进展

激光熔覆技术具有高的冷却速度、低的稀释率、涂层与基体冶金结合等优点,采用激光熔覆技术制备耐磨性和耐腐蚀好的高熵合金涂层是近几年高熵合金领域的研究热点之一。首先概括了激光熔覆技术制备的高熵合金体系及组织结构特征,大多高熵合金涂层以固溶相为主,少数合金涂层形成了非晶相,与熔炼制备高熵合金块体材料相比,涂层组织具有均匀、细小致密等特点。然后介绍了涂层的性能特征,涂层具有较高的硬度、良好的耐磨性,同时指明高耐磨性涂层不仅具有高的硬度,同时还需要具有一定的塑韧性。涂层合金中大多包含有Al、Cr、Si和Co等形成稳定氧化膜的元素,呈现优异的抗腐蚀性能。随后重点概述了合金元素（Al、Mo、V、Ti、B、Ni、Nb和Cu等）、熔覆工艺参数（激光功率、扫描速度和预制层粉末厚度）和热处理工艺对涂层组织结构和性能的影响规律。其中,熔覆工艺参数对涂层组织结构和性能的影响研究相对较少,将是未来研究的重点内容之一。最后对激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题和未来的研究方向做了展望。     

熔盐电解共渗铝硅及渗层的抗高温腐蚀性能

在渗铝涂层中加入少量硅可进一步提高涂层的抗高温氧化和热腐蚀性能。本文作者采用一种新的方法—高温熔盐电解法,在熔融氯化物盐浴中进行电解共渗铝硅,在铁和铁—铬合金上获得了渗铝硅涂层。 用氯化物作为电解质主要优点是无毒和价廉。高温熔盐电解渗铝硅可获得表面光洁、厚度均匀、与基体结合良好的致密渗层。通过控制电解温度、时间和电流密度可容易地控制渗层厚度,所得到的渗层不需随后热处理。 1000℃氧化试验和900℃热腐蚀(盐膜法)结果表明渗铝硅涂层比单纯渗铝涂层具有更好的保护性能。     

合金组元与含量对激光熔覆高熵合金涂层的影响研究综述∗

高熵合金被视为是近年来合金化理论的一次创新,打破了传统合金以一种或两种金属元素为主元的设计理念,将合金设计体系扩展到以五种及以上元素为主元的领域,由于能够组成高熵合金的元素种类繁多且含量可调,所以具有巨大的开发潜力。 激光熔覆技术作为一种先进的新型材料表面改性技术与装备维修技术,与高熵合金结合,可为该合金材料的应用开辟出新的空间。 通过对现有研究梳理,归纳总结激光熔覆高熵合金涂层的耐腐蚀性能、硬度与摩擦磨损性能以及抗高温氧化性能的性能强化机理;概括分析常见高熵合金的组成元素及其含量变化,对激光熔覆技术制备合金涂层组织结构和性能的影响,为高熵合金涂层组元的选取提供借鉴参考。 最后指出激光熔覆高熵合金涂层在当前研究中的不足与仍需深入研究的问题,展望了高熵合金的应用前景与未来的研究方向。 系统梳理 Al、Ti、Nb、Mo、Ni、Si、B、C 等合金化元素对激光熔覆技术制备高熵合金涂层组织结构和性能的影响规律和作用效果,为激光熔覆高熵合金涂层的合金分成设计提供理论指导。     

Y and Al modified silicide coatings on an Nb–Ti–Si based ultrahigh temperature alloy prepared by pack cementation process

Y and Al modified silicide coatings were prepared on an Nb–Ti–Si based ultrahigh temperature alloy by co-depositing Si, Al and Y at 1150 °C for up to 10 h, respectively. The deposition of Al and Si occurred in a sequential manner during the pack cementation process. At the initial stage, the element deposited was primarily Al with very little Si and an Al₃(Nb,X) (X represents Ti, Cr and Hf elements) layer formed preferentially. After a short period of holding time, Si started depositing and Si–Al co-deposition took place. However, this Si–Al co-deposition period was not long. When the holding time was longer than 1 h at 1150 °C, Si deposition dominated the coating growth process. The coating growth kinetics at 1150 °C followed a parabolic law. The coating prepared at 1150 °C for 10 h had a multi-layer structure, with a thick (Nb,X)Si₂ outer layer, a thin (Ti,Nb)₅Si₄ middle layer and an Al, Cr-rich inner layer. The coating could protect the Nb–Ti–Si based alloy from oxidation at 1250 °C in air for at least 100 h. The excellent oxidation resistance of the coating was attributed to the formation of a dense scale mainly consisted of TiO₂, SiO₂ and Al₂O₃.     

激光熔覆高熵合金涂层的耐腐蚀性能研究进展

利用激光熔覆技术制备的高熵合金涂层已成为一种新兴的绿色清洁耐腐蚀涂层.为了最大程度发挥高熵合金涂层的耐腐蚀防护性能,需要探究激光熔覆高熵合金涂层耐腐蚀性能的影响因素及影响机理.首先阐述了高熵合金理论以及利用激光熔覆技术制备高熵合金涂层的优势,总结了高熵合金激光熔覆涂层优异耐腐蚀特性及耐腐蚀强化机理.重点综述了高熵合金元素组成、激光熔覆工艺参数、涂层后处理工艺以及服役温度4个因素,对高熵合金激光熔覆涂层耐腐蚀性能的影响规律与影响机理.高熵合金中适当添加Ni、Al、Ti等元素,在一定程度上可以提高涂层的耐腐蚀性,但是随着元素含量的进一步增加,由于高熵合金涂层的物相组成改变、晶格畸变严重、元素偏析加剧,可能导致涂层的耐腐蚀性能降低.适宜的激光加工参数可以使涂层具有较好的耐腐蚀性,原因在于涂层的缺陷较少、组织细密均匀.退火、激光重熔、超声冲击处理等涂层后处理工艺,通过改变高熵合金涂层的物相组成以及微观组织特征,来提高其耐腐蚀性.激光熔覆高熵合金涂层的服役环境温度越高,则腐蚀速率越快.最后,对激光熔覆高熵合金涂层的耐腐蚀性能强化方法进行了总结与展望.     

钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的研究进展

针对钛合金在实际应用过程中存在硬度低、耐磨性差、高温易氧化以及生物活性低等问题,国内外学者利用陶瓷材料较高的硬度、优异的耐磨性和高温抗氧化性能的特点,以及激光熔覆技术可以实现涂层与基材的冶金结合,较高的冷却速率使涂层内部晶粒得到细化的优势,开展了钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的广泛研究。首先简要概括了钛合金表面激光熔覆陶瓷材料的特点,介绍了在激光熔覆过程中常见的陶瓷材料以及所具备的特殊性能。从陶瓷涂层制备方式和陶瓷材料体现的功能两个方面,综述了国内外的研究特点、现状和进展。对比分析了激光制备纯陶瓷涂层、激光制备陶瓷与金属合金复合涂层、激光原位合成陶瓷复合涂层、激光制备陶瓷梯度涂层的优缺点。介绍了在钛合金表面激光熔覆耐磨涂层、高温抗氧化涂层、耐蚀涂层和生物涂层的进展,分析了陶瓷材料在提高相关性能时所发挥的作用。最后针对钛合金表面激光熔覆陶瓷材料存在的问题,对钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层未来的发展趋势进行了讨论与展望。     

钼及钼合金表面高温防护涂层的研究进展

系统总结了国内外关于钼及钼合金表面高温防护涂层的最新研究成果，分析了钼在不同温度区间的氧化特征，并基于涂层组织结构稳定性、涂层缺陷、涂层与基体界面结合强度、界面物理和化学相容性、氧扩散等多方面，概述了钼及钼合金表面高温防护涂层的性能要求。归纳了现阶段应用于钼及钼合金表面的高温防护涂层体系，主要包括单一硅化物涂层、改性的硅化物涂层、硅化物基梯度复合涂层、铝化物涂层、耐热合金涂层和氧化物涂层，重点讨论了涂层的成分和结构对其抗高温氧化性能的影响。同时，对比介绍了钼及钼合金表面高温防护涂层常用的制备方法，主要包括料浆烧结法、包埋渗法、等离子喷涂法、熔盐法、化学气相沉积法、磁控溅射法等。最后，对钼及钼合金表面高温防护涂层现阶段存在的问题及未来发展方向进行了展望。     

钼合金Si-Cr-Ti-SiC-MnO2涂层的制备与组织性能

目的提高钼合金表面红外辐射性能与高温抗氧化性能。方法将40%Si、20%Cr、5%Ti、5%SiC、30%Mn O_2五种粉末与酒精、粘结剂按比例混合,经高能球磨6 h后制得均匀悬浮的料浆。采用浸涂工艺对预处理的钼合金试样进行料浆涂覆,在1450℃真空烧结0.5 h后制得黑色涂层试样。通过1550℃高温静态氧化试验和高温粒子薄片红外光谱综合实验系统,分别评价涂层抗氧化性能和红外辐射性能,并通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对涂层氧化前后的形貌与组织结构进行分析。结果钼合金Si-Cr-Ti-SiC-Mn O_2涂层在700、900℃的法向发射率分别达0.85、0.88,在1550℃高温有氧环境下的静态抗氧化寿命达7 h。原始涂层呈四层复合梯度结构,由外到内分别为SiO_2+Mn3O_4+M5Si3(M指Mo、Cr、Ti)、M5Si3+Mo Si2+SiC+Mn3O_4、Mo Si2、Mo5Si3。高温氧化后,涂层四层复合结构由外到内转变为SiO_2+(Cr,Ti)5Si3+Mn Cr2O_4+Mn3O_4、M5Si3+SiC+Mn Cr2O_4+Mn3O_4、Mo Si2、M5Si3。高温氧化过程中,MSi2高硅化物层逐渐转变为M5Si3低硅化物层,涂层表面形成含Mn Cr2O_4尖晶石相和复合硅化物的致密SiO_2玻璃膜。结论 Si-Cr-Ti-SiC-Mn O_2涂层可有效提高钼合金基体的红外辐射性能和高温抗氧化性能,复合硅化物与硅锰复杂氧化物具有良好的抗氧化性能、高辐射性能和自愈合性能。     

Ti-Nb-Si基高温合金表面包埋Si-Cr共渗涂层的组织

采用Si-Cr包埋共渗法在Ti-Nb-Si基高温合金表面制备了Cr改性的硅化物涂层,共渗温度为1250和1300℃,时间为10h。利用SEM,EDS和XRD等检测手段分析了涂层的结构、元素分布及相组成等,并对涂层的形成机理进行了讨论。结果表明:Si-Cr共渗温度为1250℃时,降低渗剂中的催化剂NaF含量会降低Si和Cr的反应扩散速度并且改变了涂层的结构和相组成。催化剂NaF含量为8wt%,涂层外层由(Nb,Ti)Si2及少量(Ti,X)5Si3(X代表Nb,Cr和Hf等元素)组成,中间层由(Ti,X)5Si4组成,过渡层由(Nb,Ti)5Si3组成;降低NaF含量至5wt%,Si-Cr共渗温度仍为1250℃时,涂层外层由(Ti,X)5Si3组成,且有较多孔洞出现,中间层为(Ti,X)5Si4,而过渡层很薄。与渗Si涂层相比,Si-Cr共渗涂层中的裂纹明显减少,但在涂层外层存在较多孔洞且涂层厚度明显减小。提高包埋共渗温度至1300℃时,Cr的反应扩散速度得到提高,且在涂层外层出现了(Nb1.95Cr1.05)Cr2Si3三元相。