磁控溅射（AlCrNbTiVCe）N涂层的高温摩擦学机理

高熵合金涂层作为航空发动机轴承防护涂层有重大的潜在应用价值,鉴于其服役环境日益严苛复杂,进一步提高涂层的高温摩擦学性能是十分必要的。通过非平衡射频磁控溅射技术制备含Ce元素的（AlCrNbTiVCe）N涂层,利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和X射线光电子能谱仪（XPS）表征涂层磨损后的微观形貌、物相和价态,用纳米压痕仪、球盘式摩擦磨损试验机测试涂层的力学性能和摩擦学性能,探讨Ce对涂层微观结构、高温稳定性和摩擦磨损的影响与机制。结果表明,（AlCrNbTiVCe）N涂层主要由多元金属氮化物和单质Ce相组成。引入Ce元素改善了涂层组织结构,提高了高温抗软化能力,有助于涂层摩擦磨损性能的改善。与不含Ce的涂层相比,500℃下（AlCrNbTiVCe）N涂层的摩擦因数和磨损率分别下降27.5%和45.6%,其氧化磨损占主要磨损机制。该涂层高温摩擦学性能的提升主要是由于高温摩擦过程中涂层表面生成了氧化铈,增强了高温稳定性;氧化铈具有润滑特性,起到了减磨耐磨作用。在磁控溅射制备高熵涂层中,引入稀土元素,可为提高涂层高温摩擦学性能的提供借鉴。     

钛合金表面激光熔覆AlCoCrFeMoVTi高熵合金涂层的摩擦磨损和高温抗氧化性能

为提高钛合金的摩擦磨损和高温抗氧化性能,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V(TC4)钛合金表面制备了近等原子比的AlCoCrFeMoVTi高熵合金(HEA)涂层。借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等分析了涂层的物相组成和显微组织;利用HDX-1000维氏硬度仪测试了熔覆层显微硬度;通过UMT-3摩擦磨损试验机和GSL-1400X型管式电阻炉分别测试了HEA涂层的摩擦磨损性能和高温抗氧化性能。结果表明,HEA涂层主要由面心立方(fcc)、体心立方(bcc)二元共晶相组成;HEA涂层最高显微硬度HV0.2为10 990 MPa,是基体TC4的3.29倍;涂层摩擦系数为0.31,磨损体积为1.79×10~(-4)mm~3,分别为基体的59.62%和12.01%;在800℃恒温下氧化50h后,HEA涂层的氧化增重为1.49 mg,仅为基体的16.37%。激光熔覆高熵合金AlCoCrFeMoVTi涂层能显著改善Ti6Al4V钛合金的摩擦磨损和高温抗氧化性能。     

阴极离子镀TiAlSiN涂层高温摩擦与磨损性能

采用阴极离子镀在H13钢表面制备了TiAlSiN涂层,通过扫描电镜、X射线衍射仪、原子力显微镜分析了涂层表面-界面形貌、物相和三维表面微观形貌。利用EDS面扫描分析了磨痕表面化学元素分布,讨论了高温对涂层摩擦磨损性能的影响。结果表明,TiAlSiN涂层表面主要元素由Ti、Al、Si和N组成,主要物相为(Ti,Al)N,未发现Si3N4相;高温氧化后生成的致密氧化膜Al2O3提高了涂层高温抗氧化性,Si O2降低了涂层表面摩擦因数,结构疏松的Ti O2易导致涂层破裂和剥落;TiAlSiN涂层表面粗糙度高于基体表面粗糙度,磨痕表面Ti和Al元素出现贫集区,表明涂层被磨穿;在700、800和900℃下,涂层表面摩擦因数均在0.3左右,在700℃时磨损机制主要为氧化磨损和粘着磨损,在800℃和900℃时主要为氧化磨损,伴随着少量粘着磨损和磨粒磨损。     

电弧离子镀TiAlN和TiAlSiN涂层的高温摩擦磨损行为

采用电弧离子镀技术在高速钢和单晶硅上沉积TiAlN和TiAlSiN涂层,利用高温摩擦磨损试验机考察两种涂层在常温、400℃和600℃下的摩擦磨损行为。通过光学轮廓仪观察涂层磨损后三维形貌和二维磨痕轮廓曲线,利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析磨痕、摩擦副的微观形貌以及元素分布,研究Si元素的加入对TiAlN涂层高温摩擦磨损性能的影响。结果表明:TiAlN、TiAlSiN涂层在600℃摩擦稳定后的摩擦因数最低,其次是在400℃,常温下的摩擦因数最高;TiAlN涂层在常温下摩擦完后已经磨穿失效,而TiAlSiN涂层在600℃摩擦完后才失效。粘着磨损和氧化磨损主要存在于TiAlN涂层摩擦过程中,TiAlSiN涂层常温下主要磨损形式为磨粒磨损、粘着磨损以及塑性变形导致的鱼鳞状裂纹,400℃下为粘着磨损和氧化磨损,600℃下为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。     

四种典型高温防护涂层的抗氧化性能

目的系统地评价典型高温防护涂层的抗高温氧化性能,并分析其失效机制。方法通过对比普通Ni Al涂层、NiCrAlY涂层、Pt改性Ni Al涂层以及Pt+Hf共改性Ni Al涂层等四种典型高温防护涂层在1100℃的恒温氧化行为,从氧化过程中的氧化增重、组织结构演变规律等角度出发,分析了四种涂层在高温氧化过程中的抗氧化性能以及氧化失效规律。结果四种涂层在1100℃恒温氧化过程中的增重均符合抛物线规律。普通Ni Al涂层氧化膜粘附性能较差,氧化膜快速剥落,涂层退化最快。NiCrAlY涂层中Y元素在氧化膜/涂层界面形成"钉扎"作用,显著提高氧化膜的粘附性能,但由于涂层内部Al元素含量降低,涂层1100℃氧化300 h后基本失效。Pt改性Ni Al涂层的氧化膜较为完整,但氧化膜起伏严重。Pt+Hf共改性Ni Al涂层的氧化膜均匀完整且无明显起伏,具有综合最优的抗高温氧化性能。结论四种涂层的抗高温氧化性能排序为:Pt+Hf共改性Ni Al Pt改性NiAl普通Ni AlNiCrAlY。     

高能高速等离子喷涂MCrAlY涂层的抗高温氧化性能

为提高Ni3Al基高温合金IC6的抗高温氧化性能,采用高能高速等离子喷涂设备在其表面制备了MCrAlY涂层,测试了1 000℃高温条件下经300h氧化后涂层的抗氧化性能。结果表明:300h试验后,涂层的单位面积氧化增重为5.584g/m2,氧化速率为0.019g/m2·h,达到了完全抗氧化级。分析认为:高能高速等离子喷涂工艺制备的MCrAlY涂层与基体结合紧密,孔隙、裂纹及氧化物夹杂含量少,有效的阻隔了氧气的扩散通道,使得氧化物的生长缓慢。同时在高温氧化过程中,涂层表面生成了大量的Al2O3膜,阻碍了金属原子与氧原子的扩散,降低了涂层的氧化速率。另外涂层中含有的Y及Y2O3增加了氧化膜的粘附性,对氧元素的扩散具有抑制作用。     

等离子喷涂热障涂层的高温氧化行为研究

采用等离子喷涂工艺在K38高温合金基体上分别制备了Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)和MgO稳定的ZrO2热障涂层(MSZ),利用热重分析、X-射线衍射和带能谱的扫描电镜等手段,研究分析了两种涂层在900℃和1000℃的高温氧化性能.结果表明:YSZ涂层和MSZ涂层在900℃都有较好的抗高温氧化性能:MSZ涂层在1000℃氧化时发生了相变,引起陶瓷外层开裂,影响了涂层的抗氧化性能和使用寿命,而YSZ涂层在1000℃氧化没有相变发生,表现出比MSZ涂层更佳的抗氧化性能.     

电弧离子镀NiCrAlYSi涂层抗高温氧化行为

采用电弧离子镀技术,在镍基高温合金DZ22B表面沉积一层NiCrAlYSi抗高温氧化涂层。利用SEM、XRD、EDS和电子探针等,分析了涂层的微观形貌、组织结构、物相和元素分布规律。研究了涂层和基体在1050℃的静态空气环境中恒温氧化200 h的氧化动力学规律和抗氧化性能。结果表明:沉积态涂层致密均匀,无孔洞等明显缺陷。经热处理后,涂层发生了β-NiAl向γ'-Ni_3Al的转变,主要物相为γ'-Ni_3Al/γ-Ni、β-NiAl和α-Cr相。恒温氧化200 h后,与基体相比,平均氧化速度由0.096 7g/(m~2·h)降到0.0340g/(m~2·h),显著提高了基体的抗高温氧化性能。氧化初期,涂层表面形成了一层均匀致密的α-Al_2O_3保护层,阻止氧向涂层内部扩散,从而大大提高了抗氧化性能。氧化过程中,涂层与基体的界面处发生了元素互扩散现象;主要为Cr元素从涂层向基体的内扩散和Co、W和Y元素从基体向涂层的外扩散。     

铂铝高温抗氧化涂层的制备及性能研究

采用电镀铂加包埋渗铝的方法在镍基高温合金(GH586)上制备了铂铝(Pt-Al)涂层。采用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)等手段研究了Pt-Al涂层的结构和高温抗氧化性能。950℃氧化100 h结果表明,Pt-Al涂层具有优良的抗高温氧化性能,氧化后涂层最表面为NiPt,次表层为氧化层。同时,对基体中的添加元素如Mo、W、Ti等元素在氧化过程中的扩散进行了分析。     

稀土Ce共溅射沉积(AlCrNbTiVCe)N涂层的高温摩擦学性能

研究了稀土Ce与AlCrNbTiV高熵合金磁控共溅射(AlCrNbTiVCe)N涂层500℃下的摩擦学性能。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)表征涂层的表面形貌、成分、物相和价态。通过纳米压痕仪、球盘式摩擦磨损试验机和白光干涉三维形貌仪测试涂层的力学性能和摩擦学性能。结果表明采用磁控溅射技术可以制备出性能良好的(AlCrNbTiVCe)N涂层,Ce的引入改善了涂层微观组织和结构,增强了涂层的硬度,提高了涂层的抗塑性变形能力和抗弹性变形能力,进而使涂层具有良好的摩擦磨损性能。在室温下(AlCrNbTiVCe)N涂层的摩擦因数和磨损率与未含Ce的(AlCrNbTiV)N涂层相比均显著降低,其磨损机制为轻微的磨粒磨损和粘着磨损;在500℃下(AlCrNbTiVCe)N涂层具有比室温下更低的摩擦因数,其磨损机制以氧化磨损为主,这是由于涂层表面存在CeO₂,起到了改善涂层摩擦性能的作用。在磁控溅射工艺中引入Ce元素,可以获得摩擦学性能优良的(AlCrNbTiVCe)N涂层。     

高温吸收剂研究进展及改性碳化硅吸波特性

针对装备高温部位雷达隐身需求,论述了高温吸收剂的研究现状和最新进展.采用改性碳化硅高温吸收剂,制备了高温吸波材料,在室温和580℃高温下,材料在26.5～40 GHz频段内的反射率均小于-10dB,具有良好的吸波性能.     

Observations on the role of oxide scales in high-temperature erosion-corrosion of alloys

The results are presented of exposure to a controlled high-temperature erosive gas stream of a series of alloys, which were selected to represent the range of microstructures and mechanical properties available in commercial high-temperature alloys. Analysis of the kinetic and morphological data suggested that the high-temperature oxidation behavior of a given alloy plays a very important role in determining its erosion-corrosion behavior under the conditions studied. In terms of relative behavior, alloys which are weak but ductile at temperature, and which form tenacious oxide scales, exhibited the highest resistance to high-temperature erosion-corrosion. Simple models were developed to describe the expected interaction between high-temperature oxidation and erosion.     

Chloridation-oxidation of nine commercial high-temperature alloys at 800°C

Chloridation-oxidation studies of nine commercial high-temperature alloys were carried out at 800°C in three different H₂-HCl-H₂O() environments: (A) both low HCl and H₂O() partial pressures, where either Cr₂O₃ or FeCr₂O₄ is stable, (B) both high HCl and H₂O() partial pressures, where FeCrO₄ is stable and CrCl₂ is metastable, and (C) high HCl partial pressure in the absence of H₂O(), where either CrCl₂ or Cr₂O₃ is stable. Although alloy 600 has the lowest Cr content of these nine alloys, it showed excellent corrosion resistance in all three environments because of its high Ni content. Alloy 304, with the lowest Ni content of the nine alloys, exhibited poor corrosion resistance in the environment C, fair resistance in the environment B and good resistance in the environment A. Alloy 800 showed very good resistance in Environment A, and fair corrosion resistance in Environment B; however, it suffered linear weight-loss kinetics when exposed to Environment C The alloys 617, 214, HR-160, X, 230 and 86 have good corrosion resistance in Environments A and B because of their relatively high contents of oxide-scale-forming elements Cr and/or Al. In Environment C, chlorine dramatically decreased the adhesion of the scale on the surface, and aluminum in alloys 617 and 214 hardly showed its usual beneficial effect in combating corrosion, nor does silicon in alloy HR-160. Different corrosion mechanisms are proposed for the alloys in the different environments.     

含铁铜基陶瓷复合材料高温氧化行为与耐磨性研究

在25,250,350和450℃高温摩擦磨损实验条件下,对两种不同铁含量的Cu基摩擦材料进行高温氧化行为及耐磨性研究。结果表明:Fe在Cu基体中的尺寸、分布影响Cu基摩擦材料的高温抗氧化性和耐磨性,随实验温度升高,Cu基摩擦材料试样中Cu氧化产物为Cu2O,Fe从Fe2O3转变为Fe3O4,金属氧化膜厚度逐渐增加;Fe以小尺寸、均匀分布于Cu基体时,更有利于提高Cu基体整体的抗氧化性能,在350~450℃可形成稳定的氧化膜降低粘着磨损,展现出了较好的高温耐磨性能;而Fe以较大尺寸分布在Cu基体中时,则使Cu基体出现氧化不均匀现象,不利于高温耐磨性能的提高。     

钛合金表面抗高温氧化涂层的研究进展

钛合金在制造航空航天发动机等关键部件方面具有重要的应用价值,但高温性能不稳定是制约其发展前景的主要原因。采用激光熔覆技术在钛合金表面制备耐高温涂层,是在不改变钛合金材料整体性能的前提下赋予材料表面特殊性能的重要途径。首先介绍了钛合金的氧化行为,并简要分析了钛合金在氧化过程中的氧化特点及失效形式,指明其改善途径。随后总结分析了目前常用的镍基高温涂层、TiAl系高温涂层和高熵合金高温涂层的研究现状,其中镍基合金涂层具有较高的结合强度、良好的耐磨性和优异的耐蚀性,但由于涂层与基体中元素的扩散速率不同导致的差异,造成柯肯达尔空洞的产生,涂层变得不稳定,涂层与基体的结合强度降低。TiAl基合金的高温性能与镍基高温合金相近,且密度小,有代替镍基合金的发展趋势,其涂层表面可以生成均匀致密的Al2O3氧化膜,并且与钛合金基体间的化学成分差异小,基本不发生互扩散现象。但二元TiAl系涂层对于Al的用量有严格的要求,当其使用温度超过850 ℃时,抗氧化性能也会严重降低。因此Ti-Al-X系涂层中X元素（例如Cr、Si、Ni等元素）的添加,可以适当地降低Al含量,促进均匀致密的Al2O3氧化膜的形成,有效地阻止氧元素向基体的扩散,并且比二元TiAl涂层的脆性要低、塑性更好。高熵合金高温涂层具有许多优异的性能,调整其中某一种或者某几种元素的含量都可以进一步优化性能,因此应用前景极为广阔,但其还处于实验室研究阶段,元素配比的不合理,基体元素对熔覆层的反作用,都会使高熵合金的脆性和力学性能达不到理论效果,不能进入真正的应用阶段。最后展望了激光熔覆技术在钛合金表面制备高温涂层的发展趋势。     

不同Cr含量的Ni-Cr合金熔覆层的高温氧化和热腐蚀特性

采用激光熔覆技术制备了Cr质量分数为10%、20%和40%的Ni-Cr合金熔覆层,研究了其在900 ℃下的高温氧化特性和600 ℃下Na₂SO₄+25% K₂SO₄混合盐中热腐蚀特性。结果表明,Cr含量对熔覆层的高温特性起着关键作用。提高Cr含量对提升熔覆层抗硫酸盐诱导的热腐蚀能力比提升抗循环高温氧化能力更有效。Cr40涂层抗高温氧化和热腐蚀性能最佳。Cr10的氧化产物以NiO为主,极易脱落,内部氧化严重。虽然Cr40表面可以形成单一的Cr₂O₃层,但热应力和生长应力引起的富Cr氧化物内部开裂,使Cr40的抗循环高温氧化能力仅略好于Cr20。面对热腐蚀时,Cr10表面呈现层状NiO和Ni₃S₂叠层分布的腐蚀产物,内部腐蚀区也生成了Ni的硫化物。Cr20表面Cr₂O₃层被破坏,内部腐蚀严重,生成了CrS。Cr40表面生成了致密的Cr₂O₃保护层,有效地防止了进一步腐蚀。     

ADVANCED NICKEL-BASED AND NICKEL-IRON-BASED SUPERALLOYS FOR CIVIL ENGINEERING APPLICATIONS

The use of high-temperature materials is especially important in power station construction, heating systems engineering, furnace industry, chemical and petrochemical industry, waste incineration plants, coal gasification plants and for flying gas turbines in civil and military aircrafts and helicopters. Particularly in recent years, the development of new processes and the drive to improve the economics of existing processes have increased the requirements significantly so that it is necessary to change from well-proven materials to new alloys. Hitherto, heat resistant ferritic steels sufficed in conventional power station constructions for temperatures up to 550℃ newly developed ferritic/martensitic steels provide sufficient strength up to about 600 - 620℃. In new processes, e.g. fluidized-bed combustion of coal, process temperatures up to 900℃ occur. However, this is not the upper limit, since in combustion engines, e.g. gas turbines. Material temperatures up to 1100℃ are reached locally. Similar development trends can also be identified in the petrochemical industry and in the heat treatment and furnace engineering. The advance to ever higher material temperatures now not only has the consequence of having to use materials with enhanced high-strength properties, considerable attention now also has to be given to their chemical stability in corrosive media. Therefore not only examples of the use of high-temperature alloys for practical applications will be given but also be contributed to some general rules for material selection with regard to their high-temperature strength and corrosion resistance.     

稀土改性Fe-Ni基涂层的高温性能

为提高Fe-Ni基涂层的高温性能,在Fe-Ni基合金粉末中添加La2O3和Ce2O3的混合物,对涂层的高温氧化行为和高温耐磨损性能进行研究.结果表明:稀土改性Fe-Ni基涂层组织细密、晶粒细小、形成稀土化合物LaNi4Si、Ce2Ni22C3以及硬质相Cr3Si;稀土改性Fe-Ni基涂层具有良好的高温抗氧化性能,在氧化初期,涂层质量迅速增加,氧化动力学曲线符合抛物线规律,在氧化后期,氧化动力学曲线符合直线规律,质量增加缓慢.高温抗氧化性能的提高和Cr3Si硬质相的弥散分布使涂层的高温耐磨性能得到显著的提高.     

铝化物高温防护涂层的现状

介绍了高温防护涂层的主要类型、制备方法及其失效方式，重点突出了铝化物涂层在高温防护领域的重要性和高温涂层、高温氧化问题研究的重要性，从而点出了应该进一步深人地研究铝化物涂层高温氧化规律的重要意义。     

稀土6063铝合金热变形性能研究

采用金属型铸造获得稀土6063铝合金铸坯,并进行高温拉伸和高温压缩试验,以研究稀土6063铝合金的热变形性能.结果表明,稀土6063铝合金较佳的热变形加工温度为440～550℃.