冷喷涂CoNiCrAlY涂层在Na_2SO_4熔盐中的热腐蚀行为

利用冷喷涂技术制备CoNiCrAlY涂层,并对涂层进行了真空预氧化处理。结合X射线衍射,扫描电镜,能谱分析等方法研究预氧化处理前后的CoNiCrAlY涂层在900℃的Na2SO4熔盐中的热腐蚀行为。结果表明:冷喷涂CoNiCrAlY涂层含氧量为0.12%(质量分数),孔隙率小于0.28%(体积分数)。真空预氧化处理在涂层表面生成厚约0.26μm连续、致密的α-Al_2O_3氧化膜;喷涂态涂层和预氧化涂层在热腐蚀150h后表面均生成了以α-Al_2O_3为主的致密连续氧化膜,保护了基体免受腐蚀破坏;真空预氧化处理有效减缓了S和O等元素向涂层内扩散的速率,从而提高了涂层的抗Na2SO4熔盐热腐蚀性能;高温热腐蚀对涂层的破坏作用远大于高温氧化。在相同温度下,涂层在单一Na2SO4熔盐中腐蚀时,Al的消耗速率约为高温氧化时的2倍。     

改性MCrAlY涂层的研究进展

热防护涂层可以有效阻止高温、高压、高速等严苛环境造成的高温氧化、疲劳失效等问题,被广泛用于航空发动机与燃气轮机热端部件的热防护。在热防护涂层体系中,MCrAlY(M代表Co、Ni或两者的组合)涂层作为抗氧化、抗热腐蚀覆盖层以及热障涂层系统中的粘结层,以其优异的抗热腐蚀性能及灵活的选择性得到广泛应用。为进一步提高MCrAlY涂层热稳定性及延长其使用寿命,满足使用温度超过1 000℃的要求,众多制备与改性方法应运而生。为进一步拓展MCrAlY涂层的应用,本文系统总结了MCrAlY涂层的发展历程及制备方法,重点梳理了掺杂元素、氧化物分散强化、纳米涂层、真空热处理、激光表面处理及梯度结构设计等改性方法,并在此基础上对MCrAlY涂层的未来发展方向进行了展望。     

真空预氧化对冷喷涂CoNiCrAlY涂层组织及热腐蚀性能的影响

利用冷喷涂技术制备CoNiCrAlY涂层,并对涂层进行真空预氧化处理。结合X射线衍射,扫描电镜,能谱分析和透射电镜等方法分析了CoNiCrAlY涂层真空预氧化前后的微观组织结构,并研究了喷涂态涂层和真空预氧化涂层在900℃的75%Na2SO4+25%NaCl(质量分数,下同)熔盐中的热腐蚀行为和机理。结果表明:冷喷涂CoNiCrAlY涂层呈纳米晶结构,含氧量为0.12%,孔隙率小于0.28%(体积分数)。真空预氧化处理改善了涂层粒子间的结合,使涂层更加致密,并在涂层表面生成厚约0.26μm连续、致密的α-Al2O3氧化膜;喷涂态涂层和真空预氧化涂层在热腐蚀150h后表面均生成了以α-Al2O3为主的致密连续氧化膜,保护了基体免受腐蚀破坏;真空预氧化处理有效减缓了S和Cl等元素向涂层内扩散的速率,使涂层的抗腐蚀性能提高了近一倍。     

Pt改性梯度NiCrAlY涂层的热腐蚀行为研究

为了进一步提高NiCrAlY涂层的抗热腐蚀性能,利用电弧离子镀技术在DZ125合金表面分别沉积NiCrAlY/NiAl/Al涂层(coating A)、NiCrAlY/Pt/NiAl/Al涂层(coating B),再经真空扩散退火处理形成成分渐变的梯度涂层结构。在涂层中引入改性元素Pt以改善涂层的抗热腐蚀能力,对比研究了2种涂层体系在900℃不同混合盐中的热腐蚀行为;利用SEM、EDS、XRD以及EPMA分析了涂层经过热腐蚀后的微观形貌、物相组成和元素分布。结果表明：在900℃的K₂SO₄+Na₂SO₄混合盐中,coating A表面的氧化膜发生了大面积的剥落,coating B中的Pt抑制了S在涂层/氧化膜界面处的偏析,增强了氧化膜的黏附性。在900℃的NaCl+Na₂SO₄混合盐中,coating A的Cr元素和O元素分别发生了外扩散和内扩散,Cr外扩散易与S反应生成有害相Cr_xS_y。coating B中的...     

炭/炭复合材料自愈合涂层的制备及其抗氧化性能

为了拓展C/C复合材料作为高温结构材料的应用领域,作者研究制备了一种具有自愈合功能的 C/C复合材料抗氧化涂层,它主要由SiC和Si-B-Al-Cr-Zr系陶瓷氧化物构成.静态干燥空气中的氧化试验显示,对应700～1 000 ℃的平均氧化失重率约为2.91×10-7～9.43×10-6 g/(cm2·s);涂层在1 000 ℃以内温度环境下具有良好的抗氧化能力;5～6个300～1 000 ℃热循环内涂层试样氧化速率下降,其后增加,6 h内经过10次300～1 000 ℃热循环后涂层试样氧化失重为19.64%,涂层在一定热循环范围内具有抗热震性能.SiC结合B基陶瓷为主要组分的涂层能够在较长氧化时间和一定的热震循环周期内保持涂层试样较低的氧化失重率并降低其氧化速率.     

AlSiY扩散涂层的高温氧化及热腐蚀行为

采用电弧离子镀技术和后续扩散处理,制备了AlSiY扩散涂层。同时研究了AlSiY扩散涂层在1000℃下的高温氧化行为和900℃下Na2SO4+NaCl混合盐中的热腐蚀行为。实验结果表明:AlSiY扩散涂层主要由β-NiAl相以及一些弥散分布的α-W、CoWSi相组成。氧化和腐蚀过程中涂层中β-NiAl相提供Al源在表面形成了连续致密的Al2O3膜,使涂层具有很好的抗高温氧化和抗热腐蚀能力。     

纳米Si3N4和喂料等离子处理对等离子喷涂Al2O3-YSZ涂层抗热震性能的影响

Si3N4可以提高Al2O3-ZrO2涂层的力学性能和抗氧化性能,但其对Al2O3-YSZ(Y2O3部分稳定的ZrO2)抗热震性能的影响未见报道.采用等离子喷涂的方法在304不锈钢表面制备了Al2O3-YSZ涂层.在喂料制备过程中加入纳米Si3N4,然后对添加和未添加纳米Si3N4的喂料进行等离子处理,研究纳米Si3N4和喂料等离子处理对涂层在800℃和1 000℃下抗热震性能的影响.采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了涂层热震试验前后的形貌及物相的变化.结果表明:喂料添加纳米Si3N4和等离子处理的综合作用显著地提高了涂层的抗热震性能;与喂料未添加纳米Si3N4且未经等离子处理的涂层相比,喂料添加纳米Si3N4且经等离子处理的涂层在800℃和1 000℃条件下的抗热震寿命分别提高了0.7倍和1.1倍;热震过程中涂层发生了α-Al2O3到γ-Al2O3的相变;在1 000℃下热震,涂层中形成了较宽的裂纹,涂层抗热震性能明显下降.     

M38合金表面防护涂层的热腐蚀行为

通过粉末包埋渗的方法在M38高温合金表面制备了4种改性铝化物涂层：NiCr-CrAI、Al-Si、Al-Ti和Co-Al涂层,对比研究了4种涂层在900℃下的涂盐（25％NaCl＋75％Na2SO4质量分数）热腐蚀行为。结果表明,4种改性的铝化物涂层中Al-Ti涂层抗热腐蚀性最好,腐蚀产物连续、致密;Al-Si涂层与Al-Ti涂层抗热腐蚀性相当,但腐蚀表面有局部剥落现象、氧化较严重;Co-Al涂层和NiCr—CrAl涂层抗热腐蚀性能依次降低,其中Co-Al涂层裂纹较严重,NiCr-CrAl涂层氧化较严重。     

高温镍基单晶合金NiCoCrAlYTa涂层的抗热腐蚀性能

以往,对高温镍基单晶合金上采用低压等离子喷涂制备的NiCoCrAlYTa涂层的热腐蚀性能研究较少.为此,采用低压等离子方法在镍基高温单晶合金上制备了NiCoCrAlYTa涂层,采用涂盐法研究了Na2SO4对试样在1 123 K空气中热腐蚀的影响,同时分析了NiCoCrAlYTa涂层的形貌及结构.结果表明:高温镍基单晶合金遭受了严重的热腐蚀,出现了内硫化和内氧化;NiCoCrAlYTa涂层由于表面生成了致密、保护性的Al2O3膜,以及涂层中Cr和Ta元素的作用而表现出优异的抗热腐蚀性能.结果证实,NiCoCrAlYTa涂层可以很好地提高单晶合金的抗热腐蚀性能.     

铝化物涂层的高温氧化和腐蚀机理研究进展

铝化物涂层被广泛应用于发动机热端部件(如涡轮叶片)的防护,然而在服役过程中,铝化物涂层极易发生高温氧化与热腐蚀,导致失效。针对铝化物涂层在高温环境中服役失效的问题,重点介绍了铝化物涂层的高温氧化与热腐蚀机理、影响铝化物涂层的高温氧化与热腐蚀的因素,以及包括添加Cr、Si、Pt、活性元素等改性元素和进行预氧化处理在内的提升铝化物涂层的抗氧化性与耐腐蚀性能的方法。最后,展望了铝化物涂层高温氧化与热腐蚀研究的未来。     

K52合金及其涂层的涂盐热腐蚀行为

研究了合金及其涂层的热腐蚀行为,测定了它们的氧化动力学曲线。用扫描电镜和电子探针观察了合金及涂层腐蚀后的表面形貌和横截面显微组织。结果表明:溅射K52纳米晶涂层在含有NaCl的盐中腐蚀10 h,氧化膜就大面积剥落,涂层遭受很大的破坏。而铸态合金腐蚀50 h后,产生已基本连续的内氧化铝层,这层氧化铝对阻止O、S和Cl的进入起到一定的作用,提高了合金的抗氯盐腐蚀。     

GH3030合金NiCrAlYSi涂层的高温防护性能

采用等离子喷涂法制备的航空发动机涡轮部件不能满足抗高温和热腐蚀需求。采用真空电弧离子镀技术(AIP)在GH3030镍基高温合金上制备170～180μm厚的NiCrAlYSi涂层,研究了该涂层700℃下的高温氧化行为和760℃下的燃气热腐蚀行为。结果表明:经过长时间的氧化,NiCrAlYSi涂层表面形成了以Al2O3,Cr2O3为主的氧化膜,提高了其抗高温氧化性能;经过760℃,100h燃气腐蚀试验后,NiCrAlYSi涂层主要由Ni3Al和α-Cr相组成,NiCrAlYSi涂层明显改善了GH3030合金的抗低温热腐蚀性能。     

SiC基材的抗氧化腐蚀涂层的研究现状与方向

总结了近年来ＳｉＣ基材的抗氧化腐蚀涂层的研究现状,讨论了影响涂层热震性能和抗氧化腐蚀性能的因素,提出了等离子喷涂层中的亚稳结构在服役过程中向热力学稳定结构转变产生的相变应力是影响涂层热震性能的关键因素。涂层的抗热震性能直接关系到涂层对氧化腐蚀环境的防护作用,展望了领域内的研究方向。     

等离子喷涂BSAS环境障涂层性能研究

采用等离子喷涂工艺在SiC陶瓷表面制备了BSAS环境障涂层,分析研究了环境障涂层的微观结构、结合强度、长期抗氧化性能、抗热震性能和抗高温水氧腐蚀性能。结果表明:BSAS环境障涂层的结合强度为29 MPa,内部结构均匀,无贯穿裂纹和连通气孔;涂层热震30次开始有微裂纹,热震50次后出现贯穿裂纹失效;涂层于空气中1 200℃/200 h氧化后增重0.24%,内部氧化不明显;在1 atm、1 200℃、50%H_2O-50%O_2、0.4 m/s高温水氧环境中腐蚀150 h后,涂层保护试样失重0.87 mg/cm2,涂层表面腐蚀厚度小于10μm,无涂层保护的试样失重3.4 mg/cm~2。     

表面预氧化温度对球墨铸铁热浸镀锌层组织的影响

为提高球墨铸铁件热浸镀锌层质量,利用扫描电镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）、X射线光电子能谱（XPS）等手段研究了预氧化处理对球墨铸铁表面氧化物形成、表面硅含量及热浸镀锌层组织的影响。结果表明：预氧化处理球墨铸铁表面生成了选择性SiO₂氧化物层,预氧化后球墨铸铁表面硅含量明显增加,碱洗酸洗后球墨铸铁表面硅含量减少,在800℃预氧化5 h后,球墨铸铁表面硅含量下降到1.86%（质量分数）。采用表面预氧化的方法可使球墨铸铁热浸镀锌合金层厚度明显减少,在800℃预氧化5 h后,球墨铸铁热浸镀锌层中合金层组织最为致密且其厚度最小,仅为20.1μm。合金层厚度随预氧化温度的变化规律与碱洗酸洗后球墨铸铁表面硅含量随预氧化温度的变化规律基本一致。     

超音速火焰喷涂TiB_2-40Ni金属陶瓷涂层及其抗热震性能

热镀锌过程中,锌锅内各零件涂层会受到冷热冲击作用易失效。采用超音速喷涂工艺在不同丙烷流量下,在Q235低碳钢表面制备了3种Ti B_2-40Ni金属陶瓷涂层,通过水淬法测试涂层的抗热震性能。通过扫描电镜分析了3种涂层在不同温度下热震后的表面和截面形貌,研究了涂层的抗热震性能。结果表明:在600℃时,随着热震次数的增加,3种涂层中裂纹扩展均变严重,并且以丙烷流量为30 L/min所得涂层的抗热震性能最差,丙烷流量为36 L/min所得涂层的最好;在800℃热震条件下,3种涂层失效较快,并且在涂层表面形成了较多的交叉裂纹,涂层中裂纹扩展严重,导致涂层与基体界面处出现腐蚀现象。     

真空预氧化对冷喷涂NiCoCrAlY涂层氧化行为的影响

利用冷喷涂技术制备了NiCoCrAlY涂层,并对涂层进行了真空预氧化处理。结合X射线衍射,扫描电镜和能谱分析等方法分析了NiCoCrAlY涂层真空预氧化前后的微观组织结构,并研究了真空预氧化处理对NiCoCrAlY涂层在1050℃下氧化行为的影响。结果表明:冷喷涂NiCoCrAlY涂层含氧量为0.25%(质量分数),孔隙率小于0.36%。真空预氧化处理使涂层由γ-Matrix Ni-Co-Cr单相结构转变为γ-Matrix Ni-Co-Cr固溶体和β-(Ni,Co)Al金属间化合物双相结构,并在涂层表面生成厚约0.47μm连续、致密的α-Al2O3氧化膜。喷涂态涂层和真空预氧化涂层在1050℃氧化200h后表面均生成致密、连续的以α-Al2O3为主的氧化膜。真空预氧化处理在100h内抑制了涂层表面尖晶石氧化物的形成,同时降低了氧化膜生长速率。     

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。     

氧气流量对超音速火焰喷涂TiB2-40Co涂层组织和性能研究

采用超音速火焰喷涂技术在不同氧气流量条件下制备3种TiB2-40Co涂层,采用扫描电镜、X射线衍射仪研究了涂层的组织和相结构,运用压痕法测定了涂层的显微硬度,通过水淬法测试涂层的抗热震性能,并研究涂层的耐熔融铝硅腐蚀性能.结果表明,3种TiB2-40Co涂层具有叠层状结构,No.1涂层最为致密,其孔隙率仅为0.286%;涂层的主要物相为TiB2和Co;显微硬度值分别为697±60 HV0.3、523±86 HV0.3和648±38 HV0.3;No.1涂层具有最好的抗热震性能;经过120 h熔融铝硅腐蚀后发现,3种涂层均具有良好的抗熔融铝硅腐蚀性能,其中No.1涂层试样耐腐蚀性能最好.     

Cf/SiC复合材料表面抗氧化涂层研究进展EI北大核心

Cf/SiC复合材料因其低密度,高比强度,优异的抗热震、抗氧化和抗烧蚀性能以及高温强度保持率,被认为是高速飞行器的重要热防护材料之一。然而,由于碳纤维在500℃以上发生显著氧化导致材料逐渐失效,因此需对其进行有效的氧化防护。抗氧化涂层被认为是实现Cf/SiC复合材料长时氧化防护的有效手段。本文基于热防护系统对Cf/SiC复合材料抗氧化性能的苛刻要求,综述了现有Cf/SiC复合材料表面抗氧化涂层的研究进展,着重对抗氧化涂层制备技术及涂层体系进行了梳理。提升Cf/SiC复合材料抗氧化涂层使用温度(≥1800℃)及结合强度是当前需要重点解决的问题,制备更长服役时间、更高服役温度同时兼具抗氧化、抗水蒸气腐蚀乃至较好隔热性能的多功能涂层是未来发展的重要方向。