镁合金表面含ZrO2微弧氧化复合膜层的研究进展

镁合金耐蚀性差,极大限制了其在易腐蚀环境中的应用。微弧氧化能够在镁合金表面制备一层类陶瓷氧化膜,能有效提高其耐蚀性。受微弧氧化成膜机理的影响,膜层中往往存在大量孔洞和裂纹;并且通常氧化膜主要由MgO组成,在潮湿或酸性环境中会吸水或溶解,导致膜层的耐蚀性不理想。将具有优良化学稳定性和高硬度的ZrO₂引入镁合金微弧氧化膜中,获得主要由ZrO₂构成或含ZrO₂的氧化膜,同时减少膜层中缺陷,能够提高其对镁合金基体的保护效果。从镁合金微弧氧化电解液、电参数、两步微弧氧化工艺及与其他表面处理技术相结合的4个方面概述了含ZrO₂微弧氧化复合膜层的制备工艺、成膜机制及耐蚀性等方面研究的进展,同时分析了各自存在的问题及不足。未来有必要优化制备含ZrO₂微弧氧化膜的电解液的组成,以保证其稳定性和有效性,并明确使用过程中电解液各成分的消耗和补充规律。进一步研究两步微弧氧化工艺,获得对镁合金基体有更好保护作用的复合膜层。探索将微弧氧化与其他表面处理技术相结合,综合利用2种技术及膜层的优点。根据ZrO<...     

Ni/ZrO2纳米复合刷镀层的抗高温氧化性

采用电刷镀技术制备了Ni/ZrO2纳米复合镀层。利用扫描电子显微镜、X射线衍射等手段,研究了Ni/ZrO2纳米复合刷镀层的组织和抗高温氧化性能,并与快速镍镀层进行对比分析。结果表明,与快速镍镀层相比,Ni/ZrO2纳米复合镀层的表面形貌更为平整致密,晶粒尺寸明显减小;在800℃氧化后复合镀层晶粒依然较快速镍镀层细小、均匀,氧化增重速率明显低于快速镍镀层;X射线衍射分析表明,Ni/ZrO2复合镀层的氧化程度较轻,镀层中仍然存在大量的Ni相。     

锆合金表面镀Cr/TiAlN涂层的抗高温水蒸气氧化性能研究

利用多弧离子镀技术在Zr-4合金表面制备了Cr+TiAlN复合涂层。采用多种分析手段研究了涂层在1200℃高温水蒸气环境下的抗氧化性能。利用X射线衍射分析涂层的物相成分;利用扫描电镜观察涂层表面的微观形貌;利用能谱对涂层元素种类与含量进行分析;采用自动划痕仪对涂层的力学性能进行检测。结果表明:多弧离子镀膜层表面均匀平整、致密度大, 但存在一定数量的微孔洞及大颗粒。镀有Cr/TiAlN涂层试样的氧化速率远低于原始锆合金的氧化速率, 抗高温水蒸气氧化性能优于原始Zr-4合金, 且单位面积的氧化增重量仅为原始Zr-4合金的36%。划痕实验结果表明, 膜基结合力为26 N, 膜基结合性能良好。     

1Cr13合金沉积Y2O3薄膜后的高温氧化行为

为了研究Y2O3薄膜处理对1Cr13合金的高温氧化行为的影响,采用电沉积-热解法在1Cr13合金表面制备了Y2O3薄膜,并研究了薄膜处理后合金在800℃空气中的氧化动力学曲线,并进行了SEM及XRD分析.经100 h循环氧化后沉积薄膜试样表面生成了晶体状的氧化铬,氧化增重和氧化膜剥落量显著下降,分别为空白试样的0.39和0.11.沉积薄膜的作用在于在氧化初期为氧化膜提供了优先形核的位置,改变了氧化铬中的传输机制和应力状态,促进了合金的选择氧化,生成了保护性的氧化膜.因此,Y2O3薄膜处理能显著提高1Cr13合金的抗高温氧化性能.     

高速电弧喷涂FeNiCrTiB/Cr3C2涂层的组织结构及其高温氧化行为

采用高速电弧喷涂技术制备FeNiCrTiB/Cr3C2耐高温金属陶瓷复合涂层。利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射等手段研究涂层的组织结构以及氧化产物,并与传统锅炉用钢20G钢对比,分析涂层的抗氧化机理。结果表明:FeNiCrTiB/Cr3C2涂层为典型的层状结构,且涂层上分布着少量的孔隙和氧化物;650℃氧化200h后涂层的氧化质量增量为1.58mg·cm-2,远小于20G钢的氧化质量增量(24.85mg·cm-2);涂层在氧化过程中生成致密的具有保护性的铁、铬的复合氧化膜,阻塞氧的扩散通道,阻止进一步氧化,从而提高涂层的抗高温氧化性能。     

Ｃo—Ce合金铁高温氧化行为

研究了纯Ｃo,Co-3Ce及Ｃo-5Ce合金在６００－８００℃（的温度下在）空气中的氧化行为,纯Ｃo的氧化基本符合抛物线规律,Co-Ce合金的过程近似由二个抛物线阶段组成,Ｃo-Ce合金表面的氧化膜由Ｃo的氧化物和ＣeO2组成,含Ｃe氧化物继承了原始合金中的金属间化合物相Ｃo17Ce2的分布形貌,Ｃo-5Ce合金的氧化比Ｃo-3Ce合金块,合金内氧化严重,还讨论了Ｃo-Ce合金的氧化机制。     

新型Cr19Ni28Ti合金空气中高温氧化的研究

利用增重法研究了新型Cr19Ni28Ti合金在700、800和900℃空气中的高温氧化行为,绘制了高温氧化动力学增重曲线,并利用XRD、SEM和EDS对氧化膜进行了表征。结果表明,700、800和900℃氧化增重分别为0.07、0.1和0.45mg/cm2,具有良好的抗氧化性;高温氧化动力学曲线符合抛物线规律。700℃氧化100h的氧化膜主要由Mn1.5Cr1.5O4、Fe(Ni)Cr2O4和Cr2O3组成;800℃氧化后增加了产物Fe2.95-Si0.05O4;900℃氧化Ti已经开始向金属表面扩散,并与氧发生反应,生成了TiO2。     

一种含Ru镍基单晶高温合金的高温氧化行为

采用恒温氧化的实验方法,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)等分析了一种新型含Ru的镍基单晶高温合金在1 100 ℃和1 140 ℃的高温氧化行为。研究结果表明,合金在氧化初期质量迅速增加,但随着氧化时间的延长,氧化膜质量增加速率变得缓慢,由于氧化过程中会发生氧化膜脱落,使得氧化增重曲线略微偏离抛物线规律。氧化膜大致分三层:外层由Cr₂O₃和NiO组成,中间层为Cr₂O₃,内层为Al₂O₃。     

ZrO2/Cu复合材料内氧化制备工艺

采用非真空熔炼和高压水雾化法制得Cu-0.6%Zr(质量分数)合金粉末,经粒径分选后进行低温氧化、N₂+5%H₂(体积分数)混合气体还原和真空等离子放电烧结(SPS)成型,制备得到ZrO₂/Cu原位增强复合材料。结果表明: 对合金粉末低温氧化处理时,温度过低,氧化速度慢,温度过高,易发生过氧化和粉末结块现象,最佳氧化参数为230℃×1 h; N₂+5%H₂气体流量控制在200 mL/min条件下,通过烧氢实验确定最佳还原参数为250℃×1 h; 在30 MPa压力条件下,经850℃×2 h 真空放电等离子烧结(SPS),ZrO₂/Cu试样的导电率>83% IACS(international annealed copper standard),硬度>HB 75,软化温度为900℃。     

先驱体转化制备ZrO2改性SiC陶瓷的氧化行为研究

采用先驱体转化法,以聚碳硅烷、二乙烯基苯和正丁醇锆为原料高温裂解制备了ZrO2改性的SiC陶瓷材料,结合XRD,SEM和EDS能谱等测试方法,研究ZrO2的添加对材料氧化行为的影响。结果表明:ZrO2引入后,SiC陶瓷材料在1600℃开始氧化,表面生成了SiO2阻氧层阻止气体逸出,宏观上形成气泡,到1700℃材料氧化较严重,表面变得凹凸不平,出现较多空洞,并且存在一定程度的失重;1700℃氧化后,含ZrO2的材料表面和内部均有一定程度的氧化,表面的主要成分为SiO2,内部有部分SiC发生了氧化,两种材料氧化层呈梯度分布;在高温氧化过程中,ZrO2会发生由四方相向单斜相的相变,SiC对ZrO2的相变具有抑制作用,而材料氧化后生成的SiO2则无法抑制ZrO2的相变。     

Ti60合金高温连续氧化行为研究

研究了Ti60合金（Ti-5.6Al-4.8Sn-2.0Zr-1.0Mo-0.85Nd-0.34Si)在620℃，720℃和800℃时的连续氧化行为，用扫描电子显微镜和X射线衍射仪和X射线能谱仪研究分析了Ti60钛合金氧化层形貌，微观结构和成分分布，以研究Ti60合金在不同温度下的氧化机理，结果表明：Ti60和在620℃有较好的抗氧化性能，其连续氧化动力学符合抛物线规律。在720℃和800℃，氧化严重，其连续氧化曲线近似直线规律。     

GH3535合金在700℃和900℃的氧化行为

用热重法研究了GH3535合金在700,900℃空气中的恒温和循环氧化行为。结果表明,GH3535合金的抗氧化性能取决于氧化温度和氧化方式。在恒温氧化条件下,GH3535合金具有较高的高温抗氧化性能;在循环氧化条件下其氧化性能恶化,在900℃氧化时出现加速氧化现象,氧化皮脱落严重。X射线衍射与能谱分析表明,GH3535合金在700℃和900℃恒温氧化500 h的氧化膜由Cr2O3,Mn O2,以及尖晶石Ni Mn2O4,Ni2Si O4和Fe Cr2O4组成,在700℃循环氧化产物中出现了Mo O2,Ni Fe2O4,Ni Cr2O4,而在900℃氧化产物中出现了Ni Mo O4。保护性氧化层的开裂和剥落及大量Mo元素持续参与氧化,是造成GH3535合金循环氧化性能恶化的主要原因。     

ZrO2-C-ZrB2复合材料的氧化动力学

通过差热-热重分析研究了ZrB₂含量为10 %的ZrO₂-C-ZrB₂复合材料在800～1100℃下空气中的氧化动力学,根据气固相反应原理建立氧化动力学模型,计算反应表观活化能,并得到氧化速率与温度的经验关系式。结果表明,试样在 800℃时的氧化过程仅有化学反应控速阶段与化学反应和气体扩散共同作用的混合控速阶段。900～1100℃的氧化过程为前期是化学反应控速阶段,中期为混合控速阶段,后期为扩散控速阶段。三个阶段的表观活化能分别为111.7、71.5和166.0kJ·mol-1 。材料等温氧化的质量变化规律表明在900℃～1100℃内的氧化属于保护型氧化。     

FeCrAl-ODS合金的高温水蒸气氧化行为

目前有关FeCrAl-ODS钢在高温水蒸汽下的氧化过程中氧化膜结构的演变少有分析研究.以FeCrAl-ODS合金为研究对象,采用XRD、SEM、EPMA、EDS等分析手段,在700～1100℃条件下开展了高温水蒸气氧化试验,从氧化动力学和氧化层结构形貌、物相、成分等方面研究了其高温水蒸气氧化行为.研究结果表明:在700...     

ZrO2和ZrO2:Dy3+纳米晶发光特性

采用液相沉淀法制备了不同掺杂浓度和尺寸的ZrO2和ZrO2Dy纳米晶,研究了其发光特性.结果表明在纳米ZrO2中,存在着宽带激发和发射,起源为电子在价带和导带之间的跃迁.在Dy3+掺杂的样品中,随着颗粒尺寸的长大,其发光增强.并且共掺杂Li+的样品发光强度被极大地提高.随着Dy3+浓度的变化,黄发射和蓝发射的强度比(Y/B)发生改变,且浓度猝灭是通过近邻激活剂间的交换作用进行的.     

锆合金表面磁控溅射制备SiC/Cr复合涂层的研究

通过直流磁控溅射方法在锆合金基体表面沉积Cr涂层, 再在Cr层上射频磁控溅射制备SiC涂层, 探索了基体预处理方式、射频溅射功率对涂层结合力、厚度和表面质量的影响。采用扫描电镜及能谱仪, 红外光谱和X射线衍射仪对SiC/Cr复合涂层样品进行成分分析, 结果表明所制备的涂层Cr层为晶态, SiC层为非晶态。高温水蒸汽氧化实验表明Cr作为锆合金与SiC涂层之间的过渡层, 不仅能够缓解SiC层和锆合金基体的热膨胀系数差异, 提高涂层结合力, 还能增加涂层的延展性, 减少基体在高温水蒸气环境下的氧化和断裂。     

锆合金表面Cr涂层900～1200℃氧化行为研究

针对锆合金表面电孤离子镀技术制备的Cr涂层,开展了高温水蒸气环境氧化试验,研究了Cr涂层随氧化温度、时间的演化行为.利用立式高温水蒸气氧化装置测试了Cr涂层在900～1200℃不同时间的抗高温氧化性能,通过扫描电子显微镜和能谱仪对氧化后样品的形貌和成分进行了表征.结果 显示,随着氧化温度的升高,氧化膜生长速度逐渐变快,...     

原位合成TiB2/Fe复合材料的高温氧化行为

采用微波烧结技术原位生成TiB₂/Fe复合材料,研究其在500℃、600℃与700℃空气中的恒温氧化行为,并对氧化膜的表面、截面形貌及相组成进行了分析。结果表明:TiB₂/Fe复合材料由TiB₂、Fe₂B和α-Fe三种物相组成。随着氧化温度的升高,TiB₂/Fe复合材料的氧化增重明显增大,均呈现抛物线型规律,在500℃时,其氧化产物主要为Fe₂O₃和Fe₃O₄,而700℃时,其氧化物为Fe₂O₃、TiO₂、Fe₉TiO₁₅及少量Fe₃BO₆组成。相同温度下,随着TiB₂含量增加,TiB₂/Fe复合材料氧化物粒径、氧化增重和氧化层厚度均减小,氧化激活能增大,其抗氧化性能也越好。      

表面制备SiO2涂层的Ti2AlNb基合金高温氧化激活能研究

利用溶胶-凝胶法在Ti2AlNb基合金表面制备非晶SiO2涂层,测定了涂层样品和空白样品在800℃和900℃下空气氧化增重动力学数据,通过线性拟合获取试样在不同温度下的氧化速率常数。根据氧化速率常数的Arrhenius关系,计算试样在800℃和900℃高温环境中的氧化激活能。结果表明,涂层样品较空白样品的氧化速率常数降低,氧化激活能升高。     

KCl蒸汽对纯Ni材高温氧化行为的影响

研究了纯Ni材于700-850℃在含有微量KCl蒸汽的O2中的高温氧化行为。结果表明，随着温度和KCl蒸汽浓度的升高，Ni材的腐蚀加剧，生成了疏松的层状氧化膜，不具保护性。KCl蒸汽对材料的腐蚀加速是通过与材料表面的氧化膜反应生成Cl2，O2又导致活化氧化的结果。