CrFeAlTi复合涂层抗高温氧化及耐铅铋合金腐蚀性能

采用热喷涂-激光复合工艺在304不锈钢基体上制备3种CrFeAlTi复合涂层。采用氧化增重法评定涂层和基材抗高温氧化性能;利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM/EDS)和X-射线衍射仪(XRD)对涂层微观组织结构进行分析,并对涂层耐液态铅铋合金(LBE)腐蚀性能进行研究。结果表明,3种CrFeAlTi复合涂层均具有良好的抗高温氧化性和耐液态铅铋合金腐蚀性,未加入304不锈钢粉末制备的涂层相对更好;750℃和850℃下氧化3h后304基材增重量分别为0.70g/m2和0.88g/m2,而涂层增重量在850℃也仅有0.074g/m2;450℃和550℃下腐蚀300h,Pb元素沿基材表面向内部的扩散深度达到了8μm和10μm,而在涂层中几乎无扩散,涂层具有很好的抗腐蚀性,能阻止液态铅铋合金扩散到内部,对基材起到一定的防护作用。     

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。     

γ-TiAl合金表面Al_2O_3/Al复合涂层的抗高温熔盐腐蚀性能（英文）

采用磁控溅射技术于γ-TiAl合金表面制备Al_2O_3/Al复合涂层。在850℃下、100%(质量分数)Na_2SO_4熔盐中观测Al_2O_3/Al复合涂层的高温腐蚀行为。结果表明,Al_2O_3/Al复合涂层具备由Al_2O_3表层、富Al中间层以及互扩散层组成的梯度结构,因而有效地提高了基体γ-TiAl合金的抗高温腐蚀性能。在腐蚀实验后,涂层试样表面相结构为Al_2O_3、TiO_2和TiAl_3。致密的Al_2O_3/Al复合涂层有效地抑制了O~(2-)、S~(2-)和Na~+对基体γ-TiAl合金的侵蚀。并且,Al_2O_3/Al复合涂层的梯度结构亦使其表现出了优异的抗开裂和抗剥落性能。     

Al2O3对等离子喷涂Cr2O3/TiO2/Al2O3/SiO2复合陶瓷涂层性能影响研究

目的研究Al_2O_3添加量对Cr_2O_3/TiO_2/Al_2O_3/SiO_2四元复合陶瓷涂层性能的影响。方法采用等离子喷涂技术在油气管道X80管线钢基体表面制备出具有不同Al_2O_3含量的四元复合陶瓷涂层。另外,为探究基体温度对涂层性能的影响,所有涂层均在等离子喷枪预热及室温的两种基体上制备。所制涂层的气孔率、硬度、结合力及电化学腐蚀性能分别采用煮沸称重法、维氏硬度计、划痕仪、电化学工作站进行检测,并用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)分析不同Al_2O_3含量涂层的物相组成和形貌特征,研究Al_2O_3含量对涂层各性能的影响。结果随着Al_2O_3含量的增加,Cr_2O_3/TiO_2/Al_2O_3/SiO_2四元复合陶瓷涂层的气孔率呈现先降低后增加的趋势,相对应的四元复合陶瓷涂层的结合力、维氏硬度则先增加后降低。当Al_2O_3质量分数为60%时,四元复合陶瓷涂层的性能最优,气孔率为3.6%,硬度为824.6HV,结合力为53.8N。电化学腐蚀测试表明,Al_2O_3能增强涂层的耐腐蚀性能,Al_2O_3质量分数为60%时,涂层自腐蚀电位最高,为-0.28 V。另外,在基体预热和不预热条件下,所制涂层性能随Al_2O_3含量的变化一致,但是基体预热比不预热更有利于涂层性能的提高。结论 Al_2O_3的添加不仅能够有效降低涂层Cr含量,还能显著提升四元复合陶瓷涂层的各项性能,特别是耐腐蚀性。此外,等离子喷涂前对基体进行预热,有利于涂层性能提高。     

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。     

等离子喷涂对AZ91合金耐蚀性能的影响

采用等离子喷涂法在AZ91合金表面制备了不同配比的Al_2O_3+Zr O_2复合涂层(分别记为:AZ30,AZ60和AZ80),对比分析了不同配比的Al_2O_3+Zr O_2复合涂层的表面形貌、截面形貌和耐腐蚀性能。结果表明,AZ30涂层中出现了少量微裂纹和气孔;AZ60涂层中存在明显的未熔粒子和微裂纹,且数量高于AZ30涂层;AZ80涂层较为疏松,涂层致密性较差。经过等离子喷涂改性后的陶瓷层的耐腐蚀性能均优于基材,且耐腐蚀性能顺序为:AZ30涂层AZ60涂层AZ80涂层AZ91基材。     

新型化学反应法制备SiC/Al2O3复相陶瓷涂层

陶瓷涂层材料以其高硬度、耐腐蚀、耐高温、抗氧化等一系列优点,在航空航天、武器装备、核工业、石油化工等领域具有广阔的应用前景.SiC/Al_2O_3复相陶瓷在常温和高温下都具有较好耐磨性和化学稳定性,是一种极具工程应用前景的复合陶瓷材料.本研究采用优质陶瓷先驱体聚合物PCS,添加惰性填料SiC纳米颗粒和活性填料金属Al粉共同作用,克服了先驱体法制备陶瓷材料中存在较大体积收缩的缺点,在金属基体上制备了单层厚度可达50 μm的致密SiC/Al_2O_3复相陶瓷涂层,复相陶瓷涂层中的SiC来自于先驱体PCS热解转化的SiC和添加的纳米SiC颗粒;其中的Al_2O_3来自于金属Al粉的氧化.该化学反应方法在金属基体上成功地制备出连续、致密的SiC/Al_2O_3复相陶瓷涂层,既简单又方便,表现出极大的应用潜力.     

发动机排气门新型抗高温氧化涂层研究

目的提高排气门材料21-4N合金的抗高温氧化腐蚀性能和抗开裂剥落性能,提高排气门的服役性能,延长使用寿命。方法利用两步循环喷雾热解技术在21-4N合金表面制备(Al_2O_3-Y_2O_3)/YSZ层状陶瓷复合涂层,通过扫描电镜和能谱对涂层形貌和成分进行分析,通过循环氧化腐蚀实验评价涂层的抗高温氧化腐蚀性能和抗开裂剥落性能,通过划痕测试来评价涂层的结合强度。结果该层状复合涂层厚度均一、结构致密清晰,在900℃高温循环氧化100 h的实验中,该涂层样品的质量增加量和剥落量分别为0.3025和0.06 mg/cm~2,远低于无涂层21-4N合金的质量增加量和剥落量,具有优异的耐高温氧化腐蚀性能。该复合涂层的膜基结合力达到40 N,远高于21-4N合金表面氧化膜的结合力,能够满足排气门实际应用工况要求。结论采用两步循环喷雾热解技术在21-4N合金表面制备的(Al_2O_3-Y_2O_3)/YSZ层状复合涂层,能够有效提高排气门材料的抗高温氧化腐蚀性能,并具有优异的结合力。     

高温熔铀环境下添加MgAl_2O_4的Mg-Y共稳ZrO_2基复相陶瓷耐腐蚀性研究

拟开发能取代核工业中常用石墨坩埚的氧化锆陶瓷容器,并对其高温铀蒸汽环境下的耐腐蚀性能进行研究。以超细氧化锆粉体为原料,Y2O3、Mg O作为稳定剂,同时加入一定量的Mg Al_2O_4,当Mg Al_2O_4添加量小于7 wt%时,在1700℃烧结可获得相对密度大于90%的氧化锆基复相陶瓷。所制备陶瓷试样在高温真空炉中与铀蒸汽进行了长达12 h的腐蚀试验,腐蚀后试样表面无明显裂纹,且表面腐蚀速率随时间的延长呈明显下降的趋势,从2 h的30 mg·cm-2·h-1降至12 h时的3 mg·cm-2·h-1。对腐蚀后试样表面进行SEM形貌观察,XRD和EDS分析,发现试样表面形成了一层含铝锆合金的类涂层状物质,阻断了铀蒸汽对试样的进一步腐蚀。实验结果表明特定组成的添加一定量Mg Al_2O_4的Mg-Y共稳氧化锆基复相陶瓷具有优良的抗热震性能,且能长时间耐高温铀蒸汽腐蚀,在核工业领域具有广泛的应用前景。     

TiO_2/Al_2O_3微弧氧化复合涂层的制备及耐磨性研究（英文）

主要利用微弧氧化方法在Ti-6Al-4V合金表面制备Ti O_2/Al_2O_3复合涂层,并揭示了O~(2-)、Al O_2~-,和Ti~(4+)在涂层生长过程中的作用机制。在高温高电压条件下,Ti-6Al-4V合金表面首先生成Ti O_2、Al_2O_3和Al_2Ti O_5,不断放电引起的高热能导致Al_2Ti O_5进一步分解成Ti O_2和Al_2O_3,且XRD分析表明涂层的物相组成主要是A-Ti O_2、R-Ti O_2和α-Al_2O_3。耐磨性测试结果表明,与基体相比Ti O_2/Al_2O_3复合涂层的显微硬度HV提高到11000 MPa,且耐磨性显著提高,磨损量降低了9.5倍。     

CLAM钢焊缝在550℃流动的铅铋合金中的腐蚀行为

为了研究中国低活化马氏体(CLAM)钢TIG焊缝在流动的铅铋共晶合金(LBE)中的腐蚀行为,对CLAM钢TIG焊缝及母材在550 ℃,不同相对流速(1.70,2.31,2.98 m/s)的LBE中进行1 500 h的腐蚀试验. 结果表明,腐蚀试样表面均存在双层结构的氧化层,外氧化层由疏松的Fe₃O₄组成,内氧化层由致密的(Fe, Cr)₃O₄组成;随着LBE相对流速的增加,提高了CLAM基体材料中的Fe,Cr元素向LBE中的溶解速率和LBE中的O元素向CLAM基体材料中的扩散迁移速率,加剧了试样表面的腐蚀程度,最终导致试样表面氧化层的厚度不断增厚;经过相同条件的腐蚀试验后,CLAM钢焊缝试样的抗腐蚀性能比母材试样低.     

Al2O3-TiO2对铝合金表面激光熔覆NiAl涂层组织性能的影响

目的 进一步提高6061铝合金表面的硬度、耐磨性。方法 应用脉冲Nd:YAG激光器在6061铝合金表面制备了NiAl合金涂层和NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层。通过SEM、X射线衍射仪系统研究了Al2O3-TiO2陶瓷相添加对NiAl熔覆层组织形貌、成分分布、物相组成的影响。利用HVS-1000硬度测试仪及HSR-2M高速摩擦磨损机,对熔覆层硬度分布及耐磨性进行测试分析。结果 Al2O3-TiO2陶瓷颗粒加入使涂层宏观成形质量明显提高,表面平整光滑、波纹均匀,熔覆层枝晶间距减小,组织结构明显细化。与NiAl熔覆层相比,在NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层中,具有较高硬度的Al3Ni、Al3Ni2硬质相含量增大。同时,高硬度Al2O3和良好韧性的TiO2、NiTi金属间化合物在复合涂层内部形成。NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层的显微硬度平均可达650HV0.2,相比NiAl涂层提高了300HV0.2;磨损体积仅为铝合金基体的1/9,相比NiAl涂层降低了35%。干摩擦条件下,NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层的犁削、剥落现象显著降低。结论 在细晶强化、硬质相弥散强化及良好韧性的NiTi金属间化合物共同作用下,6061铝合金表面硬度和耐磨性得到显著提高。     

1Cr17Ni4不锈钢金属和陶瓷等离子体喷涂工艺研究

1Cr17Ni4马氏体型不锈钢用作传动轴时耐磨损性能有待改善.采用等离子体喷涂方法在1Cr17Ni4马氏体型不锈钢表面制备Al2O3-TiO2 、Cr2O3陶瓷涂层和NiCrAlY金属涂层及NiCrAlY/ Al2O3-TiO2、NiCrAlY/ Cr2O3复合涂层,研究了它们的组织结构和磨损特性,讨论了喷涂工艺与耐磨损性能的关系.结果表明, Cr2O3涂层组织致密度高,与基体结合强度高,其耐磨性能好.提高喷涂功率时,Al2O3-TiO2、Cr2O3涂层致密度及与基体结合强度提高,其耐磨性能提高.合金涂层NiCrAlY的熔化状况和平化效果较陶瓷涂层优良,陶瓷涂层只有在较高喷涂功率时才有较好熔化和平化效果,而合金涂层在较低喷涂功率时,就可以得到较好的熔化和平化效果.陶瓷涂层Al2O3-TiO2、Cr2O3在磨损过程中的去除机制为断裂机制,金属涂层NiCrAlY在磨损过程中的去除机制为塑性变形机制.     

Al2O3复相陶瓷涂层的SHS反应火焰喷涂过程

基于自蔓延高温台成技术(SHS)的反应火焰喷椽技术，用氧-乙炔火焰引燃Al-Cuo团聚粉，使之发生自蔓延反应．在钢基表面制备了Al2O3复相陶瓷涂层。通过水淬熄试验截取飞行粒子的中间状态，对经水拎后的粒子及喷涂涂层进行物相与组执分析，从而给出了SHS反应火焰喷涂Al2O3复相陶瓷椽层的基本过程．即各团聚颗粒构成独立的徽小反应单元，经历Al熔化和Cuo分解的反应孕育、Al与Cu2O的飞行反应燃饶、与基体碰撞并继续反应、结构转变与凝固4个阶段，最终形喊Al2O3复相陶瓷馀层。     

Properties of Fe-based Amorphous Alloy Coatings with Al2O3-13% TiO2 Deposited by Plasma Spraying

采用大气等离子喷涂技术成功在Fe普碳钢基材上制备了含有不同质量分数Al2O3-13%Ti O2颗粒的Fe基非晶复合涂层,其中Fe基非晶相成分为Fe71Cr5B4Si4Ni3Mo3W10(wt%),并对涂层的微观结构、显微硬度和耐蚀性能进行了研究。在Fe基非晶相与Al2O3-13%Ti O2陶瓷相界面观察到Fe、Ti、W、Al和O元素的互扩散现象,这种微区冶金结合减少了由于第二相的加入导致的涂层孔隙并增加了相间的结合强度。当加入的Al2O3-13%Ti O2质量分数≥16 wt%时,涂层的显微硬度升高≥20%;复合非晶涂层在10 wt%Na OH溶液中的耐腐蚀性能高于1Cr18Ni9Ti不锈钢。     

等离子喷涂Cr2O3/TiO2高温氧化物陶瓷 复合涂层的微观组织及电化学性能

目的 通过等离子喷涂工艺,在油气管道X70管线钢表面制备出Cr2O3/TiO2高温氧化物陶瓷复合涂层,研究该涂层的微观组织与电化学性能。方法 采用9MC Plasma Control Unit等离子喷涂系统,基于线切割尺寸为40 mm×24 mm×6 mm的X70管线钢基体表面,沉积Cr2O3/TiO2高温氧化物陶瓷复合涂层。利用金相显微镜和扫描电子显微镜观察该复合涂层的微观组织与形貌,利用X射线衍射仪分析该复合涂层的物相组成,利用电化学工作站测定该复合涂层的电化学腐蚀性能。结果 Cr2O3/TiO2高温氧化物陶瓷复合涂层由完全熔化区和半熔化区双态组成,呈典型的等离子喷涂层状结构,层与层之间结合较紧密,分布着富Cr2O3沉积区与富TiO2沉积区,无相变产生,完全熔融的TiO2液相可嵌入到未完全熔融的Cr2O3结构间隙中形成固溶结构。经电化学腐蚀性能测试,其自腐蚀电位介于-0.4 ~ -0.3 V之间,高于X70管线钢基体的自腐蚀电位-0.6 ~ -0.5 V,腐蚀倾向滞后,表现出好的抗腐蚀性能。结论 研究选取的等离子喷涂参数较合适,并成功制备出了能明显提高油气管道X70管线钢抗电化学腐蚀性且组织分布均匀的Cr2O3/TiO2高温氧化物陶瓷复合涂层。     

CLAM钢表面铝化物涂层的制备与铅液相容性研究

目的探索铝化物涂层的制备工艺,研究其是否能有效抑制铅液对CLAM钢的腐蚀。方法用配制的渗剂对CLAM钢进行包埋渗铝,并通过随后的热扩散和原位氧化处理,在CLAM钢表面制备铝化物涂层,研究不同渗铝时间和热扩散时间对涂层厚度的影响。通过静态氧化试验和铅液腐蚀试验,分别评价铝化物涂层的抗氧化性能及其与铅液的相容性,采用XRD、SEM和EPMA分析涂层的相组成以及铅液腐蚀前后的微观形貌和元素分布。结果包埋渗铝+热扩散+原位氧化处理制备的铝化物涂层主要由约30μm的FeAl相层和约70μm的α-Fe(Al)固溶体层组成。在热处理过程中,由于Al和Fe的互扩散现象,涂层中的Fe-Al相依次经过了Fe₂Al₅、FeAl₂、FeAl、Fe₃Al和α-Fe(Al)的转变。在600℃空气中静态氧化120 h后,铝化物涂层试样氧化质量增量为0.028 mg/cm²,比CLAM钢的氧化质量增量降低了1个数量级,铝化物涂层使CLAM钢的氧化动力学曲线由直线规律转变为抛物线规律。经550℃铅液腐蚀600、1800 h后,铝化物涂层的腐蚀质量增量分别为0.058、0.077 mg/cm²,仅约为CLAM钢的1/120。CLAM钢表面产生了疏松多孔的铁氧化物层,而铝化物涂层没有发生明显的腐蚀,但是腐蚀1800 h后,随着表面铝含量的不断消耗,Al₂O₃层厚度逐渐减小。结论铝化物涂层具有良好的抗氧化性能及与铅液的相容性,能够有效抑制铅液对CLAM钢的腐蚀。     

Al/Cr复合涂层对Ti2AlNb合金抗热腐蚀性能的影响

目的改善Ti2AlNb合金在高温腐蚀盐环境中的耐热腐蚀性能。方法在Ti2AlNb合金表面通过双层辉光等离子渗铬及磁控溅射镀铝技术制备Al/Cr复合涂层,分析涂层热腐蚀前后的微观形貌和物相组成,并探究涂覆Na2SO4盐膜的试样在不同温度下(750、850、950℃)的热腐蚀行为。结果Al/Cr复合涂层组织均匀致密,且与基体结合良好,厚度约73μm,由表及里依次由Al沉积层、Al/Cr合金层、Cr沉积层、Cr扩散层四部分组成。经不同温度Na2SO4盐热腐蚀后,Al/Cr复合涂层腐蚀程度均显著小于合金基体。涂层试样经750~850℃Na2SO4盐热腐蚀后质量变化较小,850℃腐蚀增重仅0.525 mg/cm^2,而经历950℃、40 h熔盐热腐蚀后失重达到73.571 mg/cm^2,且试样截面出现剥离、脱落现象,Al/Cr复合涂层抵抗热腐蚀能力减弱。结论具有涂层保护的试样抗热腐蚀性能明显优于合金基体。Al/Cr复合涂层在750~850℃Na2SO4盐环境中具有良好的热腐蚀抗力,而更高温度段(850~950℃)的热腐蚀抗力下降。Al/Cr复合涂层在Na2SO4盐环境中良好的抗热腐蚀性得益于涂层中Al、Cr元素氧化形成以Al2O3、Cr2O3为主的混合氧化膜,有效阻碍外界氧气及腐蚀性介质侵入基体。     

锆合金表面涂层耐高温高压动水腐蚀性能的研究

目的 提高锆合金在高温高压环境中耐动水腐蚀性能。方法 利用多弧离子镀技术（MAIP）在Zr-4合金表面分别制备了Al2O3涂层和Cr/TiAlN复合涂层,利用磁控溅射技术（MS）在Zr-4合金表面制备了TiN涂层。通过堆外高压釜实验,对比研究了三种不同涂层的耐高温高压动水腐蚀性能,利用自动划痕仪检测膜基结合力,利用XRD分析涂层的物相成分,利用SEM观察涂层腐蚀前后的微观形貌,利用EDS对涂层元素种类与含量进行分析。结果 多弧离子镀技术制备的Al2O3涂层和Cr/TiAlN涂层致密度较高,但表面存在少量大颗粒与微孔洞;磁控溅射技术制备的TiN涂层均匀平整,表面大颗粒较少。Al2O3涂层、TiN涂层和Cr/TiAlN涂层可承受的临界载荷分别为26、16、26.5 N。在实验条件下,Cr/TiAlN涂层和TiN涂层表面均发生了剥落或腐蚀现象,且这两种试样表面均检测出大量的ZrO2,而Al2O3涂层几乎未被破坏,基体得到了充分防护。结论 利用多弧离子镀技术在Zr-4合金表面制备的Al2O3涂层和Cr/TiAlN涂层的膜基结合力较高,利用磁控溅射技术制备的TiN涂层的膜基结合性能较差,其中Al2O3涂层具备良好的耐腐蚀性能,在高温高压动水腐蚀环境中能够有效地保护锆合金基体。