汽车尾气净化催化剂金属载体表面预处理的研究

金属载体催化剂在汽车尾气净化领域具有明显应用前景,但金属载体与活性涂层的牢固结合以及金属的高温抗氧化性能是急需解决的问题。本文通过表面预处理在FeCrAl合金箔片表面生成Al2O3过渡层,使γ-Al2O3活性涂层与FeCrAl箔良好结合,并采用SEM、EDS、XPS、XRD、超声振落及热冲击的方法研究了预处理后FeCrAl箔的表面结构、活性涂层的性能及与FeCrAl箔的结合。结果表明,经过预处理的FeCrAl箔对活性涂层的一次负载率>11%;在500℃和900℃下,涂层的比表面积分别为166.0m2/g和71.05m2/g;在59kHz,30min超声波作用下,涂层脱落率为1.5%～2.5%;800℃至室温热冲击涂层损失率为0.1449%。该Al2O3过渡层有可能使金属载体与活性涂层间的结合问题得到解决。     

FeAl系电热爆炸喷涂层抗高温氧化腐蚀性能对比

利用金属导体FeAl系合金箔,电热爆炸产生的瞬间高能量冲击波效应,制备FeAI、FeCrAl、FeCrAlRE三种等离子体喷涂层.通过涂层SEM等检测手段,可以看出涂层具有致密的组织结构,同时涂层与基体之间存在较为明显的过渡层.经高温氧化耐蚀性测试等综合分析,结果表明,FeCrAlRE喷涂层耐高温氧化腐蚀能力较FeCrAl平均提高2.20倍,较FeAl喷涂层增加3.83倍,同时还研究了三种等离子体喷涂层的高温氧化过程变化规律.     

金属载体表面玻璃涂层的表征及结合强度

为解决由于热膨胀系数不同而引起的涂层脱落问题,采用溶胶-凝胶法制备玻璃涂层,涂覆于Ni-Cr-Fe金属载体表面。通过XRD和SEM表征载体和涂层的微观结构,超声振动、热冲击和拉伸实验,评价Ni-Cr-Fe金属载体与玻璃涂层的结合能力。实验结果表明,金属载体表面预处理可以提高载体的几何表面积,载体在900℃高温氧化5 h,出现成簇浮凸状形貌。制备的玻璃涂层均匀、致密,厚度约7.8μm,呈非晶态结构。在超声振动实验中脱落率小于20%,热冲击实验中脱落率小于10%,玻璃涂层具有较高的结合强度。     

FeAl系电热爆炸等离子体喷涂层高温耐蚀性能研究

利用金属导体FeAl系合金箔,电热爆炸产生的瞬间高能量冲击波效应,制备FeAl、FeCrAl、FeCrAlRE等离子体喷涂层。通过涂层SEM等检测,可以看出涂层致密,同时涂层与基体可以形成冶金结合层,涂层与基体之间存在明显的过渡层。经高温氧化、氯化、硫化耐蚀性测试,得出3种等离子体喷涂层的腐蚀变化规律,从而优选出耐高温腐蚀的FeCrAlRE电热爆炸等离子体涂层。     

阳极氧化对半固态成形ZL114A合金铸件耐蚀性能的影响

研究了阳极氧化工艺和表面液相偏析层对半固态成形ZL114A合金铸件耐蚀性的影响。结果表明：对于阳极氧化而言，表面液相偏析层会显著影响氧化膜生长速率，使得氧化膜厚度减小，但由于膜层平整，反而有利于氧化膜对合金耐蚀性能提高；然而，去除表面液相偏析层虽然会增加试样表面氧化膜的厚度，但由于这种氧化膜分布不均匀，从而无法提高合金的耐蚀性。未经阳极氧化处理的试样耐蚀性分析结果表明，表面液相偏析层的存在会降低试样的耐蚀性，去除表面液相偏析层会在一定程度上提高耐蚀性。对氧化膜腐蚀后的蚀坑研究发现，共晶组织对氧化膜的蚀坑的形成起着决定性作用，蚀坑通常位于共晶组织部位，且在蚀坑中往往发现有富铁金属间化合物。     

盐雾腐蚀对Al-Si涂层循环氧化行为的影响

研究了盐雾腐蚀对Ni基高温合金Al-Si防护涂层循环 氧化行为的影响.结果表明，涂层在盐雾腐蚀后，表面Al2O3膜受到破坏，出现大量的腐蚀坑，且蚀坑区域Al含量明显下降.在循环氧化过程中，腐蚀坑内重新生成的Al2O3膜粗糙且易剥落，蚀坑区域出现γ'-Ni3Al相的时间明显提前，从而降低了涂层的耐循环氧化能力，缩短了涂层的寿命.     

AZ91镁合金和MAO涂层的点蚀行为研究

采用循环极化曲线研究了AZ91镁合金及其表面微弧氧化(MAO)涂层在3.5%NaCl溶液中的点蚀行为。采用光学显微镜和扫描电镜观察循环极化不同阶段的点蚀形貌,探讨了点蚀在AZ91镁合金和MAO涂层上的萌生和扩展机制。结果表明,合金上点蚀倾向于在α-Mg相上萌生,而涂层上点蚀在多孔结构和裂纹处萌生,合金和涂层上点蚀的初始形态均为开口的“火山口”形貌。合金上点蚀坑中沉积一层腐蚀产物层对点蚀产生一定钝化效果,导致了点蚀在合金上横向扩展。而涂层上点蚀造成涂层的剥离和腐蚀产物的溶解,无法对点蚀形成钝化效果,导致点蚀在涂层上向纵深扩展。点蚀在循环极化过程中持续扩展的微观形貌验证了合金和涂层的循环极化曲线上出现正的滞后环,而不同的点蚀扩展现象也验证了涂层上较大的滞后环面积。     

热喷涂对模具钢表面性能的改善与研究

通过电弧喷涂工艺在8Cr3模具钢表面制备了FeCrAl涂层。利用扫描电镜、能谱分析仪对涂层表面、截面形貌、元素进行分析,利用MH-3型显微硬度计对FeCrAl涂层的平均硬度进行测定;将试样静置于720℃的熔融ZL101A铝液30 min、1 h和2 h,比较各试样的熔损情况。结果表明:涂层与模具钢基体结合部位没有十分明显的界线,部分区域相互机械咬合,FeCrAl涂层内部粒子相互交错成波浪状堆叠,涂层整体组织致密;模具表面喷涂的FeCrAl涂层,其平均维氏硬度可达282.6 HV0.5;试样经电弧喷涂FeCrAl涂层处理后,随铝熔蚀时间的延长,熔蚀速率明显偏低。未喷涂处理的模具钢熔蚀后在界面附近形成了新相Fe2A15。     

高温空气氧化作用下低铝含量FeCrAl涂层的组织演变（英文）

通过磁控溅射技术在Zr-4合金基体上沉积了厚度约为18μm的FeCrAl涂层,以提高Zr合金的高温抗氧化性能。通过空气氧化实验研究了低Al含量的FeCrAl涂层抗氧化性能。为了评估涂层界面演变和元素迁移之间的关系,采用了场发射扫描电子显微镜、能谱仪和掠入射X射线衍射仪进行了深入分析。结果表明,尽管FeCrAl涂层在1000℃空气氧化后会出现分层剥落,但该涂层仍然有效地保护了Zr-4合金基体不被氧化。FeCrAl涂层性能下降的主要原因是高温下Al元素严重向外扩散以及Fe、Cr元素向内扩散,最终导致涂层内部分层和剥落。此外,还讨论了FeCrAl涂层在800、900和1000℃时的空气氧化行为。     

高速电弧喷涂FeCrAl/Ni95Al复合涂层的性能

利用电弧喷涂技术在45钢基体表面制备了FeCrAl/Ni95 Al复合涂层,先喷涂Ni95Al打底层增强涂层的结合强度,FeCrAl涂层作为工作层.利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪、拉伸试验机、显微硬度计和CETR微动摩擦磨损试验机研究了涂层的显微组织、力学性能及摩擦磨损性能.结果表明,复合涂层组织均匀致密,主要由Fe3Al金属间化合物、(Fe,Cr)固溶在涂层基体中.涂层结合强度为43 MPa,硬度值为530 HVO.1,涂层磨损失效形式为剥落和氧化磨损.     

FeCrAl/ZrNbCu复合管包壳高温蒸气氧化行为研究

FeCrAl/ZrNbCu复合管兼顾了Zr合金和FeCrAl合金的优点,是事故容错燃料包壳候选材料之一。本文研究了FeCrAl/ZrNbCu复合管蒸气氧化行为,结果表明,外层FeCrAl材料具有优异的抗蒸气氧化性能,有效保护了内层Zr合金管。氧化产物分析表明,FeCrAl合金氧化膜呈凹凸状,氧化产物为Fe2O3、FeCr2O4、Cr2O3和Al2O3;ZrNbCu合金氧化膜垂直于表面生长,氧化产物为ZrO2和Nb2O5;在1000℃氧化时复合管界面没有明显元素扩散;在1100℃和1200℃氧化后界面发生明显元素扩散。复合管外侧到内侧分别为FeCrAl氧化膜、FeCrAl合金、FeCrAl-ZrNbCr扩散层、ZrNbCu合金、ZrNbCu氧化膜;界面结合方式由机械结合转变为冶金结合。     

γ-TiAl表面NiCrAlY/Al复合涂层的高温氧化行为

采用磁控溅射和电弧离子镀技术在γ-TiAl合金表面制备NiCrAlY/Al复合涂层,研究了复合涂层对提高γ-TiAl合金抗高温氧化性能的作用机理。经950℃恒温氧化100 h后,涂层表面未发现裂纹和脱落,涂层试样氧化增重值较基体大幅减小。对氧化层进行了SEM、EDS和XRD分析,结果表明无保护涂层的基体γ-TiAl合金表层疏松多孔,无法抵抗高温环境下氧气对基体合金的侵蚀。复合涂层表面的NiCrAlY镀层在氧化过程中形成了Cr2O3,α-Al2O3和β-NiAl相组成的致密防护涂层,阻隔了氧气与基体的接触,中间的Al层为表层持续生成Al2O3提供了Al源。NiCrAlY/Al复合涂层显著提高了基体在950℃下的抗高温氧化性能。     

316L表面制备Ni-Al系金属间化合物层的耐铅铋腐蚀性能

利用激光熔覆技术在316L不锈钢表面熔覆一层Ni60合金粉末,采用热喷涂技术在Ni60合金涂层表面制备纯Al涂层,再通过620 ℃×5 h高温扩散试验,使Ni60合金涂层和纯Al涂层中间生成Ni-Al金属间化合物。最后把制备有Ni60合金和Ni-Al金属间化合物涂层试样置于液态铅铋合金中进行400 ℃×500 h腐蚀试验。采用SEM,XRD对金属间化合物涂层腐蚀前后的表面、截面的形貌、物相组成及元素分布进行测试,分析Ni60合金涂层和金属间化合物涂层在400 ℃液态铅铋合金中的腐蚀情况。试验结果表明,经过高温扩散试验,试样表面生成了一层由Ni3Al,NiAl等组成的Ni-Al系金属间化合物;经过400 ℃液态铅铋合金腐蚀试验,Ni60合金涂层表面腐蚀较为严重,表面大量金属元素被氧化、溶解,在试样表面形成了不连续金属氧化物和腐蚀坑;Ni-Al金属间化合物涂层被氧化成为稳定的金属氧化物涂层,可以有效阻止Pb,Bi,O等元素渗透进入基体,提高316L的耐液态铅铋腐蚀性能。 创新点： 利用激光熔覆、热喷涂、高温扩散相结合的方法制备了金属间化合物,并研究了金属间化合物涂层在液态铅铋合金中的腐蚀情况。     

CoCrAlY表面改性后热障涂层高温氧化及热震性能

采用大气等离子喷涂技术（APS）在镍基高温合金表面制备了CoCrAlY粘结层,利用电子束蒸发镀膜在CoCrAlY表面蒸镀纳米铝膜,并使用强流脉冲电子束熔敷纳米铝膜进行表面改性,最后使用APS在表面改性后的CoCrAlY表面沉积陶瓷层制备了热障涂层.在空气环境中对热障涂层进行高温氧化试验和热震试验.结果表明,CoCrAlY表面改性后热障涂层经1 050℃静态空气氧化后,界面处生成的热生长氧化物（TGO）具有较高的连续性和致密性,有效阻碍了氧化的进一步发展且避免尖角型氧化物的形成,提高了热障涂层的抗氧化能力;在1 050℃高温加热后10℃水淬热震条件下,脱落率仅为2%左右.     

Ti_3Al量金属间合金渗铝涂层及其高温氧化行为

本工作研究了两种Ti_3Al(α_2基)金属间合金(Ti22Al-2Mn,Ti26Al-4Nb)粉末包装渗铝涂层及其900℃恒温与循环氧化行为。通过渗铝处理,在合金表面可获得与基体结合良好的TiAl_3涂层,以NH_4F作活化剂,经800℃,2h渗铝后,含Mn合金上的渗铝层界面平直,厚度均匀,约3μpm厚。在相同条件下,含Nb合金上的渗层界面呈波浪形,厚度不均匀。两种合金上的渗铝层都存在贯穿裂缝。经900℃恒温与循环氧化实验测定了渗铝与未渗铝合金的氧化动力学,渗铝后合金的抗氧化性能显著提高,讨论了渗铝层的     

固体氧化物燃料电池合金连接体涂层材料研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)向中温化发展,使得用金属材料作连接体成为可能.但是金属连接体在SOFC工作的高温氧化和湿氢环境中,其使用寿命受到严重限制,需要表面保护层.常用钙钛矿结构和尖晶石结构类的氧化物作为金属涂层材料.在合金表面涂覆致密氧化物涂层很关键,通过涂层材料与合金挥发出的Cr类元素之间的化学反应,可以降低Cr挥发,减弱Cr对阴极的毒化,阻止合金的进一步氧化.涂层材料还需要有高的电子电导率,与合金匹配的热膨胀性能,以降低界面电阻,防止涂层脱落.目前,还没有哪一种材料能够满足这多方面的要求,因此合金保护涂层材料还需要进一步的研究.     

氧化铝形成合金中活性元素效应的研究进展

高温金属防护涂层在先进航空发动机上有着广泛应用,其通过生成表面保护性氧化膜为发动机热端部件提供保护,以提高热端部件的抗高温氧化腐蚀能力,延长热端部件的服役寿命。微量活性元素由于能降低涂层材料的高温氧化速率,提高涂层表面氧化膜的粘附性而被广泛用于高温防护涂层的改性上,特别是用于超高温(≥1200℃)金属涂层潜在应用材料NiAl的改性上。但是截至目前,由于活性元素效应的影响因素复杂,相关作用模型并不完善,人们对活性元素效应的微观作用机理还存在较大的争论。从活性元素促进元素的选择性氧化、降低氧化膜生长速率和提高氧化膜粘附性等角度出发,综述了活性元素改性在高温金属防护涂层领域的研究进展,特别是针对以氧化铝形成合金为代表的金属防护涂层材料。重点分析了活性元素改性对氧化膜微观结构、生长机制、界面孔洞、内应力等的影响以及活性元素与杂质元素(如C和S)之间的交互作用。最后,对今后的研究工作进行了展望,希望在原子尺度进行更深入、更细致的研究,为超高温金属防护涂层的发展提供理论指导。     

Ti_3Al量金属间合金渗铝涂层及其高温氧化行为

本工作研究了两种Ti_3Al(α_2基)金属间合金(Ti22Al-2Mn,Ti26Al-4Nb)粉末包装渗铝涂层及其900℃恒温与循环氧化行为。通过渗铝处理,在合金表面可获得与基体结合良好的TiAl_3涂层,以NH_4F作活化剂,经800℃,2h渗铝后,含Mn合金上的渗铝层界面平直,厚度均匀,约3μpm厚。在相同条件下,含Nb合金上的渗层界面呈波浪形,厚度不均匀。两种合金上的渗铝层都存在贯穿裂缝。经900℃恒温与循环氧化实验测定了渗铝与未渗铝合金的氧化动力学,渗铝后合金的抗氧化性能显著提高,讨论了渗铝层的形成过程以及对提高合金抗氧化性的作用。     

Ti-6Al-4V合金表面NiCrAlY/Al复合涂层的抗高温腐蚀性能

采用多弧离子镀技术在Ti-6Al-4V合金基底表面依次沉积Al层和NiCrAlY涂层,对比研究Ti-6Al-4V合金和NiCrAlY/Al复合涂层在高温腐蚀 (500 ℃, 30 h) 过程中微观组织结构变化及其抗高温腐蚀性能。经测定,NiCrAlY/Al复合涂层中Al层的厚度约为270 nm,NiCrAlY涂层的厚度约为3.8 μm。高温腐蚀测试结果显示,Ti-6Al-4V合金表面出现点蚀,腐蚀区域出现大量裂纹,表明合金发生严重的高温腐蚀。表面沉积NiCrAlY/Al复合涂层的Ti-6Al-4V合金经高温腐蚀后表面依然完整,未产生明显裂纹和涂层脱落。经分析,NiCrAlY/Al复合涂层在高温腐蚀过程中表面可自形成厚度约为43 nm的Al₂O₃和Cr₂O₃,连续且致密的薄氧化膜可在高温下阻隔氧气向钛合金内部的侵蚀,从而显著提高基底合金的抗高温腐蚀性能。     

PtAl_2单相涂层的高温抗氧化性能及失效机制研究

在镍基铸造高温合金K38G上采用脉冲电镀的方法沉积Pt镀层,通过分步加热粉末包埋渗Al处理后,获得表层为单相PtAl2,内层为β-NiAl的Pt-Al涂层.分别对单相PtAl2涂层进行1100℃静态氧化及循环氧化测试,并分析涂层在2种氧化条件下的氧化行为及失效机制.结果表明,单相PtAl2涂层表现出良好的抗静态氧化能力,初期快速增重主要来自于θ-Al2O3的生成,很快θ-Al2O3转变为α-Al2O3且增重趋于平缓.但是,单相PtAl2涂层的抗循环氧化能力较差,循环氧化过程中产生的热应力会导致部分区域PtAl2层剥离或脱落,继而引发涂层过早失效.因此,单相PtAl2涂层不适用于高温负载服役环境,其在循环氧化过程中的失效和退化主要来自于PtAl2层剥落以及剥落区附近β-NiAl层Al元素的快速消耗.