铌硅化物基超高温合金表面包埋渗Al改性硅化物涂层的组织结构

分别采用两步包埋渗法和包埋共渗法在铌硅化物基合金表面制备了Al改性硅化物抗氧化涂层.两步包埋渗法是先在合金表面包埋渗Si制备(Nb,X)Si2(X表示Ti,Cr和Hf元素)涂层,然后再将渗Si试样于800～1000℃包埋渗Al.结果表明:当渗Al温度达到860℃时渗入(Nb,X)Si2层中的Al可形成(Nb,Ti)3Si5Al2相;当渗Al温度达到900℃时渗入的Al还可穿过(Nb,X)Si2层在渗Si层与基体之间形成(Nb,Ti)(Al,Si)3层.经1150℃/20h Si-Al包埋共渗后在合金表面形成的涂层具有多层复合结构:外层主要由(Nb,Ti)3Si5Al2和(Nb,Ti)(Al,Si)3组成;中间层上部为(Nb,X)Si2,下部为低硅化物(Nb,X)5Si3;内层由基体相(Nb,Ti)Al3和柱状晶(Cr,Al)2(Nb,Ti)组成.     

铌硅化物基超高温合金Si-Y2O3共渗涂层的组织及其高温抗氧化性能

采用Si-Y₂O₃包埋共渗工艺在铌硅化物基超高温合金表面制备Y改性的硅化物涂层, 研究其在1250℃的恒温氧化性能. 采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)与X射线衍射(XRD)分析Si-Y₂O₃共渗涂层氧化前后的物相组成和组织变化. 结果表明：涂层具有明显分层的结构, 由外至内依次为(Nb,X)Si₂(X表示Ti, Hf和Cr)外层和(Nb,X)₅Si₃过渡层, 在过渡层与基体之间有不连续分布的细小(Cr,Al)₂(Nb,Ti)块状沉淀. EDS分析表明, 涂层中的Y分布是不均匀的, (Cr,Al)₂(Nb,Ti)相的Y含量为0.94at%左右, 而(Nb,X)Si₂和(Nb,X)₅Si₃相的Y含量为0.46at%～0.57at%. 经1250℃分别氧化5, 10, 20, 50和100h后, Si-Y₂O₃共渗涂层保持其原始的相组成, 并在其表面形成以TiO₂、 SiO₂和Cr₂O₃组成的致密混合氧化膜, 且与基体结合良好.     

Nb-Ti-Si基超高温合金表面Si-Al-Y共渗层的组织形成

研究了包埋共渗温度和渗剂中Al含量对Nb-Ti-Si基超高温合金表面Si-Al-Y共渗层显微组织的影响.采用组成为10Si-10Al-3Y-5NaF-72Al2O3(wt%)的渗剂,分别在1050、1080和1150℃保温10h所制备的渗层具有相似的结构,由(Nb,X)Si2(X代表Ti,Cr和Hf)外层、(Nb,X)5Si3中间层、(Cr,Al)2(Nb,X)和(Nb,X)Al3相构成的次内层及(Nb,X)2Al内层组成.在1050℃/10h所制备渗层的外层和中间层的组成相随渗剂中Al含量增加而变化,但次内层和内层的组成相不改变.当渗剂中Al含量为15wt%时,渗层外层仍为(Nb,X)Si2,但中间层却由(Nb,X)Al3和(Nb,X)5Si3两相组成;当渗剂中Al含量为20wt%时,渗层外层转变为由(Nb,X)Si2和(Nb,X)3Si5Al2两相组成.对1050℃/10h所制备的渗层(采用Al含量为15wt%的渗剂)进行1250℃/0.5h氧化,氧化膜厚度约为10μm,主要由Al2O3、TiO2和SiO2组成.     

催化剂及Al对TiAl合金表面Si-Al-Y共渗层组织结构的影响

通过1 050℃下Si-Al-Y扩散共渗4h的方法在TiAl合金表面制备了Y改性Si-Al共渗层,采用SEM、EDS和XRD分析了渗剂中催化剂(AlCl3·6H2O)及Al含量对共渗层组织及相组成的影响。结果表明,催化剂含量为1%(质量分数)时未形成完整的Si-A-Y共渗层;当催化剂含量为3%,5%和8%(质量分数)时所形成的共渗层均具有多层复合结构,共渗层的内层都是由TiAl2和γ-TiAl相组成,互扩散区为富Al的TiAl相;随催化剂含量的增加共渗层外层和中间层的相组成都发生了改变;催化剂含量为3%(质量分数)时所制备的共渗层外层为大量的(Ti,X)5Si4(X表示元素Nb和Cr)和少量的(Ti,X)5Si3相;催化剂含量为5%,8%(质量分数)时所制备的共渗层外层分别为(Ti,X)5Si3和TiSi2相,中间层均为(Ti,X)5Si4及(Ti,X)5Si3相,由于TiSi2外层具有良好的抗高温氧化性能,因此催化剂含量为8%(质量分数)时适合用于Si-Al-Y共渗层的制备。Al含量对共渗层的相组成无显著影响,但改变了共渗层各层厚度。     

Ti-Nb-Si基超高温合金Si-Cr共渗涂层在1250℃的氧化行为

利用包埋共渗法在Ti-Nb-Si基超高温合金表面制备了Si-Cr共渗涂层,共渗温度为1350℃,时间为10h。将Si-Cr共渗后的试样在1250℃下分别氧化5,10,20,50h和100h。利用SEM,EDS和XRD等分析方法研究了涂层及氧化后氧化膜的结构、元素分布及相组成。结果表明,氧化前Si-Cr共渗涂层分为4层:最外层为(Ti,X)5Si3(X代表Nb,Hf和Cr元素)和(Nb1.95Cr1.05)Cr2Si3,次外层为(Ti,X)5Si3,中间层为(Ti,X)5Si4,过渡层为(Ti,X)5Si3。涂层试样在1250℃氧化后形成的氧化膜分为两层:外层为(Ti,Nb,Cr)O2,下层为SiO2。未加涂层的试样在1250℃氧化遵循直线规律。加涂层的试样在1250℃氧化遵循分段抛物线规律,5~20h内为y=15.81+3.92t1/2,20~100h内为y=-82.71+27.12t1/2。在20~100h内氧化的抛物线速率常数比5~20h内氧化的大约高1个数量级。具有高Cr含量的外层比中间层及过渡层具有较好的抗氧化性。     

温度对TiAl合金表面Si-Al-Y共渗层组织结构的影响

通过在1000,1050,1100℃和1150℃下Si-Al-Y扩散共渗4h的方法,在TiAl合金表面制备了Y改性Si-Al共渗层,采用SEM,EDS和XRD分析了共渗温度对共渗层组织及相组成的影响。结果表明:不同温度所制备的Si-Al-Y共渗层均具有多层复合结构,共渗层的内层都是由TiAl2和γ-TiAl相组成,互扩散区为富Al的TiAl相,随温度的升高,共渗层外层和中间层的组成相都发生改变。经1000℃/4h共渗的最外层主要为TiAl3相;温度为1050℃时,由外向内依次为TiSi2外层,(Ti,X)5Si4及(Ti,X)5Si3(X表示元素Nb和Cr)中间层;1100℃和1150℃/4h条件下共渗层具有相似的结构,在1100℃/4h条件下其外层由(Ti,X)5Si4,(Ti,X)5Si3相组成;在1150℃/4h条件下其外层由(Ti,X)5Si3相组成。在四种温度条件下,1050℃/4h下制备的共渗层较厚,组织致密,适合用于Si-Al-Y共渗层的制备。     

Nb-Si基超高温合金制备技术及抗氧化硅化物渗层

Nb-Si基超高温合金具有高熔点、适中的密度、良好的高低温力学性能等特征,有潜力应用于1200~1 450℃高温,但其抗氧化性能较差。综述了该合金的成分特点、制备方法、特别是其抗氧化硅化物渗层的制备方法、组织特点及其氧化行为。重点介绍了该合金的整体定向凝固方法及其组织特点。开发了Al,Y,Cr,B,Ce,Zr,Ge等单元以及多元联合改性的NbSi2基硅化物涂层体系,其中多种涂层体系经1250~1350℃恒温氧化100~200 h或1 250℃~室温循环氧化100次后仍对基体合金具有优异的保护能力。其中最具有代表性的是采用Si-Al-Y2O3包埋共渗在Nb-Si基超高温合金表面制备的Y,Al二元联合改性硅化物渗层。Al对渗层氧化行为的改性体现于对氧化膜组织结构的影响,即合适的Al含量可促使在渗层(Nb,X)Si2外层的表面优先生成SiO2,从而形成以SiO2·Al2O3为主的致密氧化膜。     

Y含量对18CrMnB齿轮钢表面粉末包埋渗Nb层性能的影响

为进一步优化18CrMnB齿轮钢的渗Nb工艺,以18CrMnB齿轮钢为基体,通过掺杂稀土 Y的固体粉末包埋法在其表面制得Nb渗层,测试了渗层组织结构、性能与稀土 Y加入量(质量分数)之间的关系.结果表明:当在渗层中添加稀土元素后,得到了外形规则的颗粒,并且大部分颗粒的尺寸都很细小,形成了致密的组织结构.还可以看到夹杂着许多Al2O3,确保渗层可以跟基体形成紧密结合.当Y加入量提高后,Nb渗层的硬度先增高后降低,加入1％的稀土时获得了最高硬度.渗层都主要由NbC构成,还有部分Y2O3组织.加入稀土后渗层具有更低的摩擦系数,加入1％稀土时渗层达到了最小的摩擦系数.加入稀土后得到的渗层具有更低的摩擦系数,渗层表面较为光滑,并且其组织也比较致密.     

铌基合金表面Al-B包埋共渗层的组织及抗氧化性能

为提高铌基合金的抗氧化性能,采用包埋共渗法在铌基合金表面于780,860,940℃保温4 h包埋共渗Al-B涂层,采用扫描电镜、X射线衍射仪分析共渗层形貌及结构,采用能谱仪分析其成分;采用高温氧化试验研究渗层的抗高温氧化性能。结果表明:渗层主要形成了Nb Al3,Nb B2和Nb5B6三相,其中在940℃形成的渗层中形成了Al B12相,Al B12在高温下对渗层起到了一定的修复作用;经1 000℃氧化20 h后,渗层保持原始的相组成,并在表面形成由Al Nb O4,Nb O2,B2O3和Al2O3组成的致密混合氧化膜,且与基体结合良好;Al-B共渗层一定程度上改善了铌基合金的抗氧化性能。     

TiAl合金表面Si-Al-Y共渗层的组织及高温抗氧化性能

通过在1050℃下Si-Al-Y扩散共渗0~4 h在TiAl合金表面制备了Al、Y改性的硅化物抗氧化渗层, 分析了共渗层的结构及相组成, 并对其组织形成机理及高温抗氧化性能进行了研究。结果表明: 1050℃共渗4 h所制备的共渗层具有多层结构, 由外向内依次为TiSi₂外层、(Ti,X)₅Si₄及(Ti,X)₅Si₃(X表示Nb, Cr)中间层、TiAl₂和γ-TiAl内层及富Al的过渡层, 其中Y元素主要富集于共渗层的外层和中间层。不同时间共渗的结果表明, Si-Al-Y共渗层的形成是一个在基体表面先沉积Al, 后沉积Si的有序过程。经1000℃高温氧化20 h后共渗层表面形成了由TiO₂外层及SiO₂·Al₂O₃次外层组成的致密氧化膜; Y的氧化物主要存在于氧化膜与残余共渗层的界面处, 能够有效地增强膜层的附着力。     

NbSi基原位复合材料表面包埋渗制备SiCrY共渗涂层

通过热力学计算分析了分别使用NH₄Cl和CrCl₃·6H₂O两种不同激活剂时, 各个共渗元素的卤化物蒸汽压分压的变化, 得到了实现Nb-Si基原位复合材料上Si-Cr-Y三元包埋共渗的最佳条件。采用包埋共渗法在Nb-Si基原位复合材料表面制备了Si-Cr-Y共渗涂层, 研究了涂层的组织形貌、 成分及其相组成。结果表明: 使用NH₄Cl做激活剂, 通过调整包埋渗料的成分, 可以在适当的温度下实现Si-Cr-Y的三元共渗。当渗料成分为12Cr-6Si-0.75Y₂O₃-5NH₄Cl-76.25Al₂O₃(质量分数)时, 在1350℃可以实现Si-Cr-Y三元共渗。制备的涂层具有多层结构, 分为外层、 内层和明显的互扩散层。互扩散层的存在, 表明涂层的形成是一个连续生长过程, 伴随着Cr、 Si、 Y元素向基体内的扩散。涂层的主要成分由Cr₂(Nb,Ti)、 (Nb,Ti)₅Si₃和HfSi₂组成, Y元素的添加起到了细化涂层的作用。     

电泳沉积HA -Ti -Y2 O3/ZrO2复合涂层的研究

为了制备均匀致密的HA -Ti -Y2 O3/ZrO2陶瓷涂层,在正丁醇介质中,以三乙醇胺为添加剂,将羟基磷灰石(HA)与Ti,Y2 O3/ZrO2按一定比例混合电泳沉积在钛基底上,得到了形貌稳定的HA -Ti -Y2 O3/ZrO2生物陶瓷涂层.研究了电场强度,电泳时间,添加剂用量对涂层品质的影响.用扫描电镜(SEM)对热处理后的涂层进行了观察,采用红外光谱仪(FTIR)和X射线仪(XRD)对涂层的形貌、组成及结构进行了表征.结果表明:在正丁醇作分散剂,三乙醇胺添加量为12 mL/L,电场强度30～60 V/cm,HA浓度为10～20 g/L,Ti为4～16 g/L,Y2 O3/ZrO2为6～12 g/L的条件下,可制得形貌较好的HA -Ti -Y2 O3/ZrO2复合陶瓷涂层.     

包埋浸渗/气相沉积二步法在C/C复合材料表面制备SiC涂层

采用包埋浸渗法和化学气相沉积(CVD)法相结合在炭/炭(C/C)复合材料表面制备了SiC涂层, 借助扫描电镜、能谱分析以及X射线衍射等检测手段对涂层的微观组织形貌、元素分布和物相组成进行了观察与分析. 结果表明:包埋法制备的SiC涂层与C/C复合材料基体的界面处形成了梯度过渡层, CVD法制备的涂层十分致密, 有效填充了包埋SiC涂层中的孔隙, 因此, 二步法制备的SiC涂层具有良好的防氧化性能, 涂层试样在1500℃静态空气中氧化60h失重率仅为2.01%. 试样失重的主要原因是其在高低温热循环过程中氧气从涂层中的微裂纹扩散至基体表面, 从而引起基体氧化所致.     

Co-deposition of aluminide and silicide coatings on γ-TiAl by pack cementation process

Thermochemical analyses were carried out for a series of pack powder mixtures for deposition of aluminide and for co-deposition of aluminide and silicide coatings on -TiAl by the pack cementation process. Based on the results obtained, experimental studies were undertaken to identify optimum pack powder mixtures for depositing adherent and coherent aluminide and silicide coatings. Pack powder mixtures activated by 2 wt% AlCl₃ was used to aluminise -TiAl at 1000°C. With proper control of pack compositions and coating conditions, an aluminide coating of TiAl₃ with a coherent structure free from microcracking was deposited on the substrate surface via inward diffusion of aluminium. The results of thermochemical calculations indicated that co-deposition of Al and Si is possible with CrCl₃ · 6H₂O and AlCl₃ activated pack powders containing elemental Al and Si as depositing sources. Experimental results obtained at 1100°C revealed that CrCl₃ · 6H₂O is not suitable for use as an activator for co-depositing aluminide and silicide coatings on -TiAl. It caused a significant degree of degradation instead of coating deposition to the substrate. However, adherent coatings with excellent structural integrity consisting of an outer TiSi₄ layer and an inner TiAl₃ layer were successfully co-deposited at 1100°C and 1000°C using pack powder mixtures activated by AlCl₃. IT is suggested that such coatings were formed via a sequential deposition mechanism through inward diffusion of aluminium and silicon. Discussion is presented on the issues that need to be considered to ensure the deposition of aluminide and silicide coatings with coherent structure free from microcracking on -TiAl by the pack cementation process.     

Y5Si3C and Y3Si2C2: Theoretically predicted MAX phase like damage tolerant ceramics and promising interphase materials for SiCf/SiC composites

Researching for interphase materials that can protect SiC fibers from oxygen and water vapor attacks has become one of the most important issues for the applications of SiC_f/SiC composites in high-temperature combustion environment. However, such kinds of interphase materials are not available yet. Herein,we report theoretically predicted properties of two promising interphase materials Y_5Si_3 C and Y_3Si_2C_2.Although crystallizing in different structures, they share the common features of layered structure,anisotropic chemical bonding, anisotropic electrical and mechanical properties, and low shear deformation resistance. The bulk moduli for Y_5Si_3C and Y_3Si_2C_2 are 78 and 93 GPa, respectively; while their shear moduli are 52 and 50GPa, respectively. The maximum to minimum Young's modulus ratios are1.44 for Y_5Si_3C and 3.27 for Y_3Si_2C_2. Based on the low shear deformation resistance and low Pugh's ratios(G/B = 0.666 forY_5Si_3C and 0.537 for Y_3Si_2C_2; G: shear modulus; B: bulk modulus), they are predicted as damage tolerant and soft ceramics with predicted Vickers hardness of 9.6 and 6.9 GPa, respectively.The cleavage plane and possible slip systems are(000 l) and(0001)[1120] and(1010)[0001] forY_5Si_3C,and those for Y_3Si_2C_2 are {h00} and(010)[101]. Since the oxidation products are water-vapor resistant Y2 Si2 O7, Y2 SiO5 and/or Y_2 O_3 upon oxidation, and the volume expansions are ca 140% and ca 26% for Y_5Si_3C and Y_3Si_2C_2, they are expected to seal the interfacial cracks in SiC_f/SiC composites. The unique combination of easy cleavage, low shear deformation resistance, volume expansions upon oxidation, and the resistance of the oxidation products to water vapor attack warrant them promising as interphase materials of SiC_f/SiC composites for water-vapor laden environment applications.     

TC4合金表面Zr增效硅化物涂层的组织及高温摩擦磨损性能

采用扩散共渗的方法在TC4合金表面制备了Zr增效硅化物涂层, 研究了涂层在600℃时的摩擦磨损性能, 讨论了其磨损机制。结果表明: 所制备的涂层具有多层结构, 由(Ti, X)Si₂ (X代表Zr, Al和V)外层, TiSi中间层和Ti₅Si₄+Ti₅Si₃内层组成; 渗剂中添加Zr能够抑制涂层的生长速率, 有利于降低涂层的内应力, 改善其组织致密性。涂层的硬度明显高于TC4合金, 且由外向内呈梯度降低趋势。高温摩擦磨损试验结果表明, Zr增效硅化物涂层能够为TC4合金提供良好的高温磨损防护; 与GCr15对磨时, 涂层的表面只发生了轻微的磨损, 主要为GCr15在其磨损面的擦涂和一定程度的氧化磨损; 与Al₂O₃球对磨时, 磨损机制为犁削磨损、疲劳磨损、黏着磨损和氧化磨损。     

LY12铝合金微等离子体氧化陶瓷膜的相分布及显微硬度分析

使用Ｘ射线衍射仪和显微硬度度计测定了ＬＹ１２铝合金微等离子体氧化陶瓷膜沿深度方向的相分布及显微硬度变化曲线。     

Ni基合金粉末及其非晶涂层的制备与表征

为解决非晶粉末价格昂贵、成型困难等问题,采用真空气雾化法制备了Ni FeCrMoNbBSi合金粉末,利用火焰喷涂焰流温度高、冷凝速度快有利于形成非晶相等特点,经火焰喷涂后制备了镍基非晶涂层。通过XRD、SEM、EDS、TEM等对粉末和涂层的相组织结构、表面形貌和微观特征进行了表征。结果表明:Ni FeCrMoNbBSi合金粉末形貌为球形或近球形,主要由晶体相FeNi3和Ni CrFe固溶体组成,非晶含量较少。制备的Ni基非晶涂层组织结构致密,主要由非晶相和Cr2Ni3金属间化合物组成,非晶含量可达70%(体积分数)。