液相渗Si提高TiAl基合金的高温抗氧化性

使用液相Al—Si合金对TiAl基合金进行表面渗Si处理，可明显增强TiAl基合金的高温抗氧化性．经1273K，100h的恒温氧化后，不同的表面涂层使合金在40—100h之间的氧化速率降低了2个数量级，恒温氧化100h后的最终氧化皮脱落量也减少3个数量级．液相渗Si使TiAl基合金表面高温抗氧化性能得到大幅度改善，其根本原因是Si与TiAl中的元素Ti结合，降低了Ti的活度，相对增强了涂层中元素Al的活度，而且涂层中Al的绝对含量也得到明显提高，这些均抑制了高温氧化过程中TiO2的生成，涂层最外层形成了致密的Al2O3氧化膜．     

传感器用离子镀Cr/AlCr(Si)N涂层的组织和反射率

以Ni-11Cr合金作为基材,采用多弧离子镀工艺在其表面制备Cr/AlCrN与Cr/AlCrSiN涂层,并对其在700~900 ℃温度下进行真空热处理,研究热处理温度及Si元素对Cr/AlCr(Si)N涂层组织和红外反射率的影响。结果表明:真空热处理后两涂层形成了Cr₂O₃与Al₂CrO₃的特征峰,900 ℃热处理后,氧化物晶体结构特征衍射峰明显增加。两种涂层的组织呈柱状形态,在Cr/AlCrN涂层中存在许多hcp-CrN纳米晶;Cr/AlCrSiN涂层中形成了粒径尺寸均匀的hcp-AlN纳米晶。真空热处理温度越高,两个涂层红外稳定反射率越大,Ni扩散系数和热处理温度之间呈现单调增加的变化趋势,Cr/AlCrN涂层具有更优异的低红外稳定反射率,Cr/AlCrSiN涂层具备高的红外稳定反射率。     

B和Si掺杂对CrAlN涂层结构和切削钛合金寿命的影响

目的 CrAlN涂层以其优异的抗氧化性能被广泛应用于切削刀具涂层领域，针对CrAlN涂层热稳定性较低，在超过900 ℃后会发生热分解，导致其力学性能显著下降的问题，通过B、Si共掺杂方法改善CrAlN涂层的性能。方法 采用阴极弧蒸发方法制备Cr0.42Al0.58N、Cr0.35Al0.59B0.06N、Cr0.37Al0.54Si0.09N涂层，借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、纳米压痕仪，通过划痕和切削实验研究B和Si掺杂对CrAlN涂层晶体结构、硬度、结合力、热性能和切削寿命的影响。结果 Cr0.42Al0.58N和Cr0.35Al0.59B0.06N涂层为单相立方结构，Cr0.37Al0.54Si0.09N涂层为立方和六方的两相结构;Cr0.42Al0.58N、Cr0.35Al0.59B0.06N、Cr0.37Al0.54Si0.09N涂层的硬度分别为(29.8±1.5)、(36.9±1.4)、(33.8±1.6)GPa，与基体的结合力分别为116.2、58.3、58.0 N;通过B和Si掺杂抑制了CrAlN涂层的热分解过程，Cr-N键的断裂起始温度由Cr0.42Al0.58N的1 000 ^oC提高到Cr0.35Al0.59B0.06N的1 200 ℃和Cr0.37Al0.54Si0.09N的1 100 ℃;在1 100 ℃下氧化15 h后，Cr0.42Al0.58N、Cr0.35Al0.59B0.06N、Cr0.37Al0.54Si0.09N涂层的氧化层厚度分别为2.38、1.80、0.53 μm。结论 通过B和Si掺杂提高了CrAlN涂层的力学性能、热稳定性和抗氧化性，其中CrAlBN涂层呈现出最优异的热稳定性和切削性能，CrAlSiN涂层的抗氧化性最佳。     

Al/Si对镍基合金在超临界水中腐蚀行为的影响

研究了4种不同Al/Si含量的Ni-Fe-Cr合金在700℃/25 MPa超临界水环境中的高温氧化行为,揭示了合金的氧化动力学、表面氧化膜组成及微观结构。结果表明,当Cr含量达到25%(质量分数)时,Ni-Fe-Cr合金在超临界水中能够形成稳定的保护性Cr_2O_3膜,合金中Si含量的增加有助于保护性氧化膜的快速形成,而较低的Al含量无法提高保护性氧化膜的化学稳定性。     

锆合金表面CrAl基耐高温涂层及氧化行为研究

目的了解锆合金和涂层的高温氧化行为,通过表面涂层提升锆合金的耐高温氧化性能。方法采用多弧离子镀技术在锆合金基体上制备了CrAlN、CrTiAlN涂层,模拟反应堆失水(LOCA)事故时的高温氧化行为,在360～1160℃下进行1 h氧化测试,对原始锆合金和带涂层样品的氧化增重行为进行了研究。通过X射线衍射和扫描电子显微镜对氧化前后样品的物相结构和形貌进行系统表征分析。结果锆合金在760℃及以下形成深色的混合型锆氧化膜,在860℃以上呈现龟裂和局部剥落。两种涂层氧化时,通过形成致密的Cr_2O_3和Al_2O_3混合氧化层,显著降低了氧化增重。CrAlN涂层在760℃时具有较好的抗氧化性,1060℃时开裂而失去保护作用。CrTiAlN涂层在860℃时能保护基体不受氧化,1060℃时局部开裂,基体开始出现氧化层。结论利用多弧离子镀技术制备的锆合金表面CrAlN和CrTiAlN涂层,在模拟反应堆LOCA事故下具有良好的耐高温氧化性,显示出这两种涂层有潜力发展成为核用事故容错燃料(ATF)包壳涂层。     

CoCrAl微晶涂层对TiAl金属间化合物抗高温氧化性能的影响

研究了TiAl金属间化合物及溅射Co—30Cr—5Al微晶涂层对其在900—1000℃下抗氧化性能的影响结果表明,TiAl的氧化动力学近于直线规律,表面形成以TiO_2为主的层状、疏松氧化膜,且氧化膜与基体合金之间粘附性较差,不具保护性而30μm的Co—30Cr—5Al微晶涂层可使TiAl的抗氧化性能大大提高,涂层表面能够形成粘附性良好的Al_2O_3保护膜但由于在氧化过程中,Co向基体扩散,在涂层与基体之间形成大量Kirkendall空洞,这些空洞对TiAl金属间化合物抗氧化性能的影响有待进一步的研究     

玻封合金氧化膜表面晶须形成机理及其影响

添加微量Al、Si…元素的476合金,在湿氢中氧化,会形成大量晶须.这种长在氧化膜表面的晶须,主要形貌是头部呈球形的旗杆状,其杆部为尖晶石单晶(Fe、Mn)Cr_2O_4,头部为金属复合氧化物(Ni、Fe)_xAl_y.球头俗称白粒,可在700～900℃加热的初期,由于Al沿晶界优先析出形成;杆部大约在1150℃时,由于白粒周围氧化压应力及白粒下面位错蠕动的相互作用,从白粒根部开始向轴向增长.在合金表面蒸镀Cr_2O_3氧化膜,即使在湿氢中经受长期高温氧化,也不致形成晶须.给基体合金进行适当的表面处理,如冷轧、预研磨等,对于在氧化初期形成Cr_2O_3膜是很有利的,因为表面处理可能通过增加表面缺陷激活表面活性.     

表面溅射高含铝奥氏体不锈钢合金涂层对316不锈钢抗高温氧化性能的影响

利用直流磁控溅射在316奥氏体不锈钢表面制备高含铝奥氏体不锈钢涂层,采用增重法、SEM、EDS和XRD研究了高含铝合金涂层对316奥氏体不锈钢在850℃下抗高温氧化性能的影响。结果表明,施加涂层显著提高了316不锈钢的抗氧化性能。其原因是高含铝合金涂层表面形成了由Al_2O_3、Fe(Cr,Al)_2O_4和Cr_2O_3组成的连续致密的氧化膜,而316奥氏体不锈钢表面形成的是由Fe_2O_3、Cr_2O_3、FeCr_2O_4和少量NiCr_2O_4组成的疏松且不连续的氧化膜。     

TiAl合金表面机械研磨渗铝涂层的制备及高温性能

利用机械研磨渗在TiAl合金表面制备了铝化物涂层。在600℃经过150 min的振动处理后,TiAl合金表面形成了约为30μm的涂层。该涂层均匀致密,Al和Ti元素沿涂层均匀分布。XRD分析表明该涂层的相结构为Al3 Ti相。在900℃下,经过300 h的循环氧化后,该铝化物涂层表面形成了一层连续均匀的Al2 O3膜,表现出良好的抗氧化和抗剥落性能。相比之下,TiAl合金空白样表面形成了分层结构的氧化层,主要由Al2O3和TiO2混合氧化物组成,因此表现出较差的高温性能。     

TiAlSiN涂层对γ-TiAl基合金抗高温氧化性能的影响

采用多弧离子镀的方法在两种γ-TiAl基合金(Ti-46Al-2.5V-1Cr-0.3Ni和Ti-48Al-2Cr-2Nb,原子分数)表面制备了TiAlSiN涂层,研究了样品在800℃下空气中的循环氧化行为。在800℃循环氧化300 h后,γ-TiAl基合金表面都形成了TiO_2和Al_2O_3混合氧化物膜,氧化膜分层;Ti-46Al-2.5V-1Cr-0.3Ni合金表面氧化膜较厚且剥落严重,而Ti-48Al-2Cr-2Nb合金氧化膜较薄,只发生了轻微剥落。表面施加Al、Si含量不同的TiAlSiN涂层显著降低了TiAl基合金的氧化速率,涂层表面氧化膜主要由TiO_2和α-Al_2O_3组成。Ti_(0.5)Al_(0.4)Si_(0.1)N和Ti_(0.5)Al_(0.45)Si_(0.05)N两种涂层样品表面氧化膜薄而致密,涂层未发生明显退化;Ti_(0.6)Al_(0.3)Si_(0.1)N涂层样品表面氧化膜相对较厚。Al含量较高的Ti_(0.5)Al_(0.4)Si_(0.1)N和Ti_(0.5)Al_(0.45)Si_(0.05)N涂层抗氧化性能优于Al含量较低的Ti_(0.6)Al_(0.3)Si_(0.1)N涂层的。TiAlSiN涂层与TiAl基合金之间只发生了轻微互扩散。     

Mn对GH3230合金900℃抗氧化性能的影响

利用热重分析法、扫描电镜和能谱仪等手段研究了Mn对GH3230合金900℃抗氧化性能的影响。结果显示,合金在氧化过程中,表面生成的Cr_2O_3膜对合金的抗氧化性能起到主要作用;在含Mn合金中,Mn在氧化过程中向合金表面扩散,以合金氧化前期形成的大量Cr_2O_3小颗粒为形核中心,生成致密的球状MnCr_2O_4膜,减缓合金的进一步氧化,使得合金的抗氧化性能得到提高;合金中加入Si后,Mn元素提高合金抗氧化性能的作用有所减缓,这可能是由于Si减缓了Mn的扩散过程。     

低红外发射率陶瓷层/金属层/陶瓷层复合薄膜高温性能研究

目的研究热处理工艺对陶瓷层/金属层/陶瓷层复合薄膜低红外发射性能的影响,并分析复合薄膜的有效工作温度。方法采用多弧离子镀方法在Ni基K424合金基底上制备了AlCrN/Cr/AlCrN和AlCrSiN/Cr/AlCrSiN两种复合薄膜,分别在700~800℃和800~900℃大气环境下对样品进行了热处理。利用X射线衍射仪、场发射高分辨率透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、电子探针显微分析仪、辉光放电质谱仪和傅里叶变换红外光谱仪,对样品的微观结构、化学组成和表面辐射特性进行了分析。通过建模计算了两种样品在不同温度下的氧化活化能和扩散系数,对比了其抗氧化性能和抗扩散性能。结果样品中的陶瓷层呈纳米晶-非晶结构特征,AlCrN和AlCrSiN陶瓷层中的纳米晶分别为hcp-Cr2N和hcp-AlN。非晶AlCrN介质会在750℃结晶形成面心立方相的Cr(Al)N,加入Si元素可以将其结晶温度提高至850℃。在氧化初期,由于纳米晶的不同,AlCrN和AlCrSiN陶瓷层的表面分别形成富Cr和富Al的氧化层,而由于fcc-Cr(Al)N的形成,以及氧化铬和氧化铝之间极高的溶解度,最终样品表面会形成铝、铬混合的氧化层。当非晶AlCrN介质结晶后,O元素通过晶界深入样品内部导致样品的红外发射率急剧增大,使其低发射特性失效。同时,结晶后的复合薄膜中陶瓷层的氧化活化能降低,Ni元素的扩散系数增大。结论纳米晶-非晶结构的陶瓷层具有更优异的抗氧化性能和抗扩散性能,加入Si元素可以提高样品的抗氧化性能,AlCrSiN/Cr/AlCrSiN复合薄膜可应用于850℃以下的低红外发射率应用。     

磁控溅射制备CrAlN薄膜的高温抗氧化性

采用磁控溅射镀膜技术,在不同负偏压(80、150和220V)条件下,以304不锈钢为基体,在其表面沉积CrAlN薄膜,并对制备的薄膜进行900℃的热处理氧化试验(氧化时间为1h)。利用X射线衍射分析仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及其配备的能谱仪(EDS)分析薄膜在高温热处理下的表面形貌、薄膜成分及物相组成。结果表明:随基体负偏压的升高,Cr_2O_3和Al_2O_3以及Cr_xO_y和Al_xO_y的衍射峰先减少后增加,氮化物的衍射峰先增加后降低,CrAlN薄膜的抗氧化性先增强后降低;负偏压150V下,所制备的CrAlN薄膜经热处理后表面裂纹最少且氧原子含量最低,为55.44%;在负偏压80、150和220V下,CrAlN薄膜氧化质量增加率分别为0.038%,0.035%和0.047%,可见负偏压150V条件下,CrAlN薄膜氧化质量增加最小,具有最优高温氧化性能。     

Ti_(0.44)Al_(0.56)N和Cr_(0.42)Al_(0.58)N涂层的结构与热性能研究

TiAlN和CrAlN涂层是目前切削刀具应用最为广泛的涂层材料。本研究借助阴极弧蒸发技术在低合金钢、钨片和Al2O3刚玉片上制备了Al含量接近的Ti_(0.44)Al_(0.56)N和Cr_(0.42)Al_(0.58)N涂层,采用扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散谱仪(EDX)、X射线衍射仪(XRD)和纳米压痕仪对比研究其结构、力学性能、热稳定性及抗氧化性能。结果表明:Ti_(0.44)Al_(0.56)N和Cr_(0.42)Al_(0.58)N涂层均为单相面心立方结构,其硬度分别为30.1±0.4 GPa和30.2±0.7 GPa;Ti_(0.44)Al_(0.56)N涂层在退火过程中会产生时效硬化效应而呈现更好的热稳定性,900℃时为32.4±0.7 GPa;在1 100℃退火后,Ti_(0.44)Al_(0.56)N和Cr_(0.42)Al_(0.58)N涂层的硬度分别降至27.8±0.8 GPa和22.6±0.4 GPa;Cr_(0.42)Al_(0.58)N涂层则具有更优异的抗氧化性能,Cr_(0.42)Al_(0.58)N涂层在1 000℃氧化10 h后,氧化层的厚度仅为0.17μm,而Ti_(0.44)Al_(0.56)N涂层在900℃氧化10 h后已完全氧化。     

含铝奥氏体耐热钢的高温抗氧化性能

以Fe-18Cr-30Ni为基础,添加不同含量的Al设计了4组新型奥氏体耐热钢。利用氧化质量增加法研究了4组新型奥氏体耐热钢在700、800和900℃下空气中的氧化行为,绘制了氧化动力学质量增加曲线,并利用XRD、SEM和EDS对氧化膜的表面形貌及结构进行了表征。结果表明,1~3号钢在900℃时均形成了较为致密的Al2O3内层氧化膜,合金表面生成的复合氧化膜由内到外依次为Al_2O_3、(Al_(0.9)Cr_(0.1))_2O_3、尖晶石氧化物Fe(Cr,Al)_2O_4;1号钢氧化过程中还形成了富(Cr,Fe)的混合氧化物,降低了Al_2O_3氧化膜的连续性;4号钢900℃并没有形成致密的Al_2O_3内层氧化膜,生成的复合氧化膜由内到外依次为(Al_(0.9)Cr_(0.1))_2O_3、尖晶石氧化物Fe(Cr,Al)_2O_4。     

扩散铝涂层的制备及其对γ-TiAl基体的防护

采用电弧离子镀在γ-TiAl基体上镀铝后进行扩散处理,制备出了扩散铝涂层,涂层与基体结合良好,无贯穿性裂纹,EDX和XRD分析表明涂层由厚的TiAl3外层和薄的TiAl2内层构成．900℃空气中的高温氧化实验结果显示：γ-TiAl氧化后生成了疏松多层的Ti和Al氧化物的混合物,其抗高温氧化性能很差;施加扩散铝涂层后,高温下生成了一层连续致密的Al2O3膜,抗氧化性能显著提高,同时讨论了涂层的氧化和退化机制．     

Si和Y掺杂对(Ti,Al)N涂层结构和性能的影响

分别在未施加偏压和施加-100 V偏压条件下,利用磁控溅射技术在压气机叶片用1Cr11Ni2W2MoV热强不锈钢基体上沉积了Ti_0.3Al_0.7N和Ti_0.39Al_0.55Si_0.05Y_0.01N硬质涂层.实验结果表明,施加偏压及Si和Y掺杂明显改变了涂层的相结构,提高了涂层致密度,施加-100 V偏压且添加Si和Y的涂层为非晶结构,表面更加均匀致密.950℃氧化实验表明:Ti_0.39Al_0.55Si_0.05Y_0.01N涂层表面形成极薄且致密的Al₂O₃保护性氧化膜,大大降低了氧化速率.施加-100 V偏压的（Ti,Al）N和（Ti,Al,Si,Y）N沉积态涂层与未施加偏压的相应涂层相比,硬度均降低,尤其是（Ti,Al,Si,Y）N涂层变化显著.经950℃热处理,施加偏压的（Ti,Al,Si,Y）N涂层硬度略有降低,这是由于形成了硬度较低的B4相,而未施加偏压的（Ti,Al,Si,Y）N涂层硬度显著提高,这归因于B1相固溶体的分解.划痕测试结果表明,在实验载荷（50N）下,所有涂层均未出现连续性的剥落.     

磁控溅射Ni_3(AlCr)微晶涂层的抗氧化性能

研究了铸态Ni3(AlCr)合金及其微晶溅射涂层在900—1000℃下的高温氧化性能,结果表明:铸态Ni3(AlCr)合金在氧化过程中,开始形成以Al2O3为主含有少量NiAl2O4的氧化膜,但氧化膜的粘附性很差,在冷却时很容易剥落,在继续氧化过程中合金表面将形成NiO膜,由于NiO的保护性较差,合金表现出“失稳氧化”行为。而溅射微晶Ni3(AlCr)涂层表面形成的氧化膜与基体粘附良好,冷却过程中未发生剥落。长时间氧化后表面氧化膜只由Al2O3和NiAl2O4组成,未出现NiO,因此溅射微晶化合金的抗氧化     

钼表面不同Al含量Mo(Si,Al)_2涂层的制备及氧化膜结构

采用16Si-x Al-4NH4F-Bal.Al_2O_3(x=1,2,3,4,%,质量分数)渗剂经1200℃扩散共渗5 h在Mo表面制备了不同Al含量的Mo(Si,Al)_2涂层,分析了渗剂中Al含量对涂层组织及其氧化膜结构的影响。结果表明,不同渗剂所形成涂层均具有多层结构,涂层的外层均由Mo(Si,Al)_2相组成;渗剂Al含量为1和2%时,涂层中间层均为Mo_5(Si,Al)_3相,内层则分别为固溶有少量Al的Mo或Mo_3(Al,Si)相;渗剂Al含量为3和4%时,涂层中间层均由Mo5(Si,Al)_3和Mo_3Al_8相组成,内层则均为Mo_3(Al,Si)相。对含Al为1和4%的渗剂所制备的涂层在1250℃下氧化50 h,前者氧化膜厚度约为3μm,主要由SiO_2组成;后者氧化膜厚度约为10μm,上部由Al_2O_3和SiO_2的混合物组成,下部为Al_2O_3。     

IC-6高温合金的氧化性能与防护

测定了IC－6高温合金在900℃－1100℃的氧化动力学曲线。结果表明：900℃，IC－6合金的氧化膜主要由α－Al2O3、NiAl2O4和NiO构成并含有少量的NiMoO4和MOo2.1050℃和1100℃氧化时，IC－6合金表面生成了挥发性很强的MoO3，发生了氧化失重，IC－6合金上沉积NiCoCrAlY涂层后，900℃，涂层的氧化膜主要为α－Al2o3；1050℃时，氧化膜主要为α－Al2O3和Cr2O3，大大改善了合金的抗氧化性；1100℃时，氧化膜主要由α－Al2o3、NiAl2O4和NiO构成，涂层虽然有一定的保护性，但效果不如900℃和1050℃时显著，形成以α－Al2O3和Cr2O3为主的氧化膜是使合金沉积NiCoCrAlY涂层后抗氧化能力大大提高的直接原因。