料浆烧结法制备改性Si-Cr-Ti高温抗氧化涂层的研究

采用料浆烧结法制备了C-103铌合金上的改性Si—Cr—Ti高温抗氧化涂层，在涂层料浆中添加活性元素Zr和稀土氧化物Y2O3。进行了1200℃静态抗氧化实验，室温-1200℃的热震实验，1200℃间断氧化增重实验。利用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和X射线(XRD)等分析研究了涂层的形貌、结构、元素分布、相分布等。结果表明：涂层由两层组成，其外层是涂层主体，由复杂的(Yb，Cr，Ti，Zr)Si2相组成；中间扩散过渡层为致密的NbSi2相和少量Nb5Si3相共存。加改性元素Zr和稀土氧化物Y2O3能增加涂层的致密度和扩散过渡层宽度，改善涂层体系的抗氧化性能。扩散形成的过渡层与基体、涂层主体层之间的界面平直；过渡层本身致密，且能有效阻止裂纹的进一步扩展和氧向基体的扩散。     

电弧喷涂工艺的试验研究

研究了电弧喷涂电压、电流对涂层的成分、组织、性能的影响以及表面预处理、预热、后热处理对涂层结合强度的影响。结果表明：Nig5A15涂层由大量镍铝固溶体、少量含Ni3Al、NiAl的金属间化合物或氧化物等组成。3Crl3涂层由马氏体基体、铬铁氧化物等组成；电弧喷涂Ф2mm3Crl3丝材的适宜电压、电流为28～35V、170～180A；提高预处理毛化质量、喷涂打底层、严格控制基体的热量输入有利于提高涂层结合强度。     

Nb-Ti-Al合金及其硅化物涂层的高温氧化行为

采用电子束和真空自耗电弧熔炼法制备Nb-40Ti-7Al(质量分数,%)合金,利用料浆熔烧法在合金表面制备Si-Cr-Ti涂层,研究在1 400℃下合金与涂层的氧化行为。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)及电子探针微区分析(EPMA)研究基体与涂层氧化前后的组织形貌变化及成分分布。结果表明:Nb-40Ti-7Al合金在1 400℃氧化1～11 h后,氧化产物均主要为TiNb2O7、TiO2、Al2O3;氧化前,涂层主要由(Nb,Ti,Cr,Al)Si2主体层与(Ti,Nb,Al)5Si3过渡层组成,高温氧化后涂层表面形成含有Al2O3、TiO2的SiO2阻挡层;合金与涂层的氧化行为均遵循抛物线规律,合金在1 400℃氧化11 h的单位面积质量增量为161.98 mg/cm2,而涂覆涂层后单位面积质量增量降至9.56 mg/cm2,表明Si-Cr-Ti涂层具备良好的高温抗氧化性能。     

TiAl基合金高温抗氧化研究进展

综述了TiAl基合金高温抗氧化研究进展,包括TiAl基合金氧化热力学/动力学、氧化膜组成和结构及其形成过程,以及提高合金高温抗氧化性的措施。研究结果表明,TiAl基合金高温氧化动力学一般遵循抛物线规律,且受到合金相组成和组织形貌的影响。氧化膜由外向内,主要呈TiO_2/Al_2O_3/Al_2O_3+TiO_2结构,氧化膜与基体界面处易形成降低合金抗氧化性的Z相(Ti_5Al_3O_2)和氮化产物(TiN,Ti_2AlN)。TiAl基合金中添加适量的Nb,Y,Si,Cr,Mo等元素,在改善力学性能的同时,可明显降低合金高温氧化增重。采用表面处理技术,包括表面离子注入、表面渗透扩散处理以及磷化处理等,可在合金表面形成保护层,显著提高TiAl基合金高温抗氧化性能,然而保护层的稳定性尚需提高。采用涂层技术,包括富Al涂层、陶瓷涂层以及新兴的复合涂层等,可有效地阻止氧向内扩散,抑制TiAl基合金在高温下的氧化行为。     

表面镀Cr膜锆合金的抗高温氧化性能研究

采用多弧离子镀膜技术在锆合金表面制备了厚度约为12μm的Cr金属层,研究了镀Cr试样在1 200℃高温下的氧化行为及膜层与基体之间的结合力。SEM分析结果表明,多弧离子镀膜层厚度均匀,表面平整,膜基界面分明,但表面存在大量的微孔洞及大颗粒。高温氧化实验结果表明,镀膜试样的抗高温氧化性能明显优于原始锆合金,在1 200℃下氧化2 400s后表面形成了大量的Cr_2O_3,其单位面积增重仅为原始锆合金的12%。划痕实验结果表明,镀膜试样可承受的临界载荷为18N,膜层与基体之间的结合性能良好。     

TiN/Cr涂层锆合金包壳高温氧化与抗热冲击性能研究

为了研究TiN/Cr涂层锆合金的高温氧化性能和抗热冲击性能,采用磁控溅射制备了TiN/Cr涂层锆合金样品,分别开展高温氧化和抗热冲击性能试验,并对高温氧化和抗热冲击后的样品微观结构、物相及结合强度等进行表征。结果表明磁控溅射制备的TiN/Cr双层涂层之间存在明显界线,样品表面存在类圆形的团聚凸起,但涂层结构致密,无裂纹和孔隙等缺陷。高温氧化后,表面Cr涂层部分被氧化为Cr₂O₃,呈不规则的多面体结构,中间TiN涂层中Ti原子向表面扩散,与O结合形成TiO₂,呈长条状结构,且Cr₂O₃聚集区域呈鼓泡状。在涂层与基体界面处,向内扩散的Cr原子和向外扩散的Zr原子形成约5μm厚的Cr-Zr扩散层。同时,O原子持续向样品内部扩散,与基体中Zr原子结合形成ZrO₂。虽然TiN/Cr涂层锆合金的氧化增重小于无涂层锆合金,且样品保持相对完整,但是由于O原子的持续扩散,内部锆合金被氧化,说明TiN/Cr涂层无法为锆合金提供良好的长时抗高温氧化性。热冲击试验后,表面涂层依然...     

转炉烟道电弧超音速喷涂涂层性能分析试验

针对转炉烟道的工况及失效形式,为提高烟道的使用寿命,设计了一种电弧超音速喷涂工艺制备的以镍铬合金为主的3层复合涂层,金相观察、显微硬度分析、高温氧化试验及抗热震性能测试表明,复合涂层与基体结合强度高,耐磨耐蚀性能优良。     

AZ91D镁合金表面电弧喷涂/微弧氧化复合陶瓷涂层结构组成与耐蚀性研究

通过一种新的电弧喷涂/微弧氧化(EASP/MAO)复合工艺,在AZ91D镁合金表面制备了复合陶瓷涂层。电弧喷涂处理试样在430℃下进行了热扩散处理后,在以硅酸盐碱性电解液体系中进行微弧氧化处理。利用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对复合涂层表面和截面形貌、元素和相组成进行了分析,利用CS2350双单元电化学工作站对涂层试样在3.5%NaCl溶液中的动电位极化曲线进行了测定。结果表明:在430℃、氩气保护氛围下,保温热扩散处理2 h后,在基材与喷涂铝层间形成了热扩散层,扩散层由Al3Mg2和Al12Mg17两相组成。由于电弧喷涂铝涂层存在较多的表面缺陷,其对AZ91D镁合金基材只能起到有限的保护作用。经微弧氧化处理后,电弧喷涂铝涂层表面形成氧化铝陶瓷层,主要由α-Al2O3和γ-Al2O3两相组成。跟AZ91D镁合金基体相比,经微弧氧化处理10,20 min后的试样在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电位分别正移到-0.8279,-1.0570 V,较基体约分别提高770,550 mV,腐蚀倾向降低,基体的自腐蚀电流密度为经过微弧氧化处理10 min后试样的4.1倍,为经过微弧氧化处理20 min试样的460.6倍。     

Ti-8Si-1.4Zr-xY_2O_3合金高温氧化行为的研究

采用"机械合金化-冷压成形-真空烧结"技术制备了Ti-8Si-1.4Zr,Ti-8Si-1.4Zr-0.1Y_2O_3和Ti-8Si-1.4Zr-0.3Y_2O_33种合金(%,质量分数),利用扫描电镜(SEM)及能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对烧结和氧化试样的表面及横截面形貌、物相组成进行分析,并对比了3种合金在700,800和900℃高温下的抗氧化性能来研究氧化机制。结果表明:添加Y_2O_3能显著提高Ti-8Si-1.4Zr合金的抗氧化性能,减小氧化层厚度,随氧化温度升高氧化膜逐渐增厚,氧化产物尺寸增大,呈朝棱柱状形态生长趋势。700℃下,所有合金都达到完全抗氧化等级,但添加Y_2O_3后平均氧化速度大幅降低,抗氧化性提升;800℃下,仅有Ti-8Si-1.4Zr-0.1Y_2O_3配方合金达完全抗氧化等级;900℃下,所有配方合金都在抗氧化等级以内。各配方合金氧化膜组成稍有不同,但氧化膜基本上由表面TiO_2氧化层、TiO_2与SiO_2构成的复合氧化层构成,其中各氧化层中可能还包含部分TiO,Ti_2O_3和Ti_3O_5等低价态钛的氧化物以及少量ZrO_2或(Ti,Zr)O_2相氧化物。     

Cu30Ni10Cr8Al2Zr合金的组织结构与高温氧化行为

利用金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等分析方法研究了Cu30Ni10Cr8Al2Zr合金的组织结构及其在700,800和850℃空气中的高温氧化行为。结果表明:合金的铸态组织较粗大,合金的相结构主要由α-Cu固溶体相和β富Cr相组成,在晶界上存在Zr的偏聚。950℃均匀化退火2 h后晶粒得到细化。当氧化试验温度为700℃时,合金表面生成了主要由Cu,Ni组成的不完全氧化物膜,并且有少量"棉絮状"复合氧化物析出;该温度下合金的氧化动力学符合抛物线规律。当氧化试验温度为800,850℃时,合金表面形成了连续、致密的Al2O3保护膜,在氧化膜和合金基体之间形成了一层富Cr的内氧化层;氧化层与基体之间结合紧密,氧化层厚度随试验温度的升高而增大,在800,850℃温度下合金的氧化动力学符合立方抛物线规律。综合分析表明合金在800和850℃下均具有良好的高温抗氧化性。     

CMAS 对 DZ40M 高温合金及其表面 NiCrAlY 涂层损伤作用研究

CMAS沉积物(CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2, CMAS)已经成为制约航空发动机涡轮叶片热障涂层应用的核心问题,其显著降低热障涂层服役寿命,严重的甚至堵塞叶片气膜冷却孔,导致合金基体烧蚀和失效。本文针对DZ40M钴基高温合金和其表面NiCrAlY涂层,模拟了热障涂层陶瓷层失效后,CMAS沉积物对合金基体和粘结层的腐蚀作用。针对1100℃预氧化10h后的样品,在涂抹相同面密度的CMAS沉积物后,在1100℃、1150℃、1200℃和1250℃条件下保温10h,系统分析了不同温度下CMAS对合金及NiCrAlY涂层表面氧化膜的破坏作用,通过XRD、SEM和EDS等手段,阐明了温度在1150℃以下,CMAS沉积物主要对氧化膜产生粘附及热应力影响,导致冷却过程中的氧化膜剥落;当温度高于1200℃时,CMAS逐步熔融或渗入氧化膜内部,导致氧化膜开裂剥落加速,对金属粘结层和基体的损伤破坏作用加剧。     

Nb对铸造双相耐热钢高温氧化的影响

为探究Nb对双相耐热钢高温抗氧化性能的影响规律,采用扫描电镜、能谱分析和XRD等分析测试手段研究了1 000和1 100℃下含Nb双相耐热钢高温氧化性能。结果表明,双相耐热钢氧化层结构为氧化外层(MnCr_2O_4)→氧化内层(Cr_2O_3)→Si的内氧化层;Nb的加入加速双相耐热钢的表层氧化膜生长,降低了其抗氧化性能;随着Nb含量的增加,表层基体内部形成富Nb相,促进Si的沿晶界氧化而抑制Si的界面氧化,Cr_2O_3层和Si的内氧化层厚度均增加。在对高温抗氧化性能要求高的情况下,本双相耐热钢中Nb的质量分数应控制在0.8%以下。     

两种镍基合金涂层抗高温氧化性能研究

对自行研制的新型高铬镍基合金 (w(Cr) >40 % )涂层和传统的镍铬合金 (Ni70Cr30 )涂层在 6 5 0℃和80 0℃下的高温氧化动力学规律进行了研究。采用配有能谱分析仪的扫描电镜以及X射线衍射仪等对氧化产物的形貌和相组成等进行了分析。两种镍基合金涂层均表现出较好的抗高温氧化性能 ,尤其是由新型高铬合金制备的涂层 ,其表面生成了连续的Cr2 O3 保护膜 ,具有更低的氧化速度     

热等静压气氛对铸造高温合金K4169微观组织的影响

利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、电子探针(EPMA)等分析手段,研究了热等静压气氛对铸造高温合金K4169微观组织的影响。结果表明,采用近高纯氩气热等静压的试样(编号B)的氧化层厚度约为26μm,大致分为3层,外层为Cr_2O_3,TiO_2,Al_2O_3等氧化物,中间层为Cr_2O_3,内层主要为内氧化物Al_2O_3,Al_2O_3呈现规律分布。合金表面氧化引起合金表面层形成Cr_2O_3和Al_2O_3等氧化物,导致Al等合金元素贫化。大块状的TiO_2会使致密的Cr_2O_3和Al_2O_3氧化膜变得疏松,从而加速试样B的内氧化。而采用K4169合金碎屑保护的试样(编号B-1)的氧化层厚度仅为6μm,主要由Cr_2O_3,TiN和Al_2O_3组成。在Cr_2O_3和Al_2O_3氧化膜表面形成具有较好抗氧化性的TiN,避免形成TiO_2,可以抑制试样B-1进一步发生氧化,未发现明显的合金元素贫化。采用合金碎屑掩埋法可防止合金表面氧化,显著减轻合金基体中Al等元素的贫化程度。     

CoCrFeNiAl_x(x=1,1.5,2)高熵合金的高温氧化行为

通过非自耗真空电弧熔炼制备CoCrFeNiAl_x(x=1,1.5,2)高熵合金,并结合扫描电子显微镜、X射线衍射仪和电子探针研究了900℃下Al含量对CoCrFeNiAl_x合金氧化行为的影响。结果表明,不同Al含量的三种合金均属于抗氧化级,且其氧化动力学曲线均基本符合抛物线规律。随着Al含量的增加,合金的氧化增重逐渐降低。当Al含量x=1时,合金的氧化膜主要由Cr_2O_3为主的尖晶石相外层和Al_2O_3内层组成;当Al含量x=1.5和x=2时,合金氧化膜主要由Al_2O_3外层以及尖晶石相中间层和Al_2O_3内层组成。     

Si元素对Ni-16Mo-7Cr-4Fe合金700℃恒温氧化性能的影响

利用磁控钨极电弧炉制备了Ni-16Mo-7Cr-4Fe-xSi (%,质量分数)Hastelloy N合金。采用不连续增重法,研究了不同Si含量的Hastelloy N合金在700℃高温下的恒温氧化行为。利用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)及X射线衍射仪(XRD)对氧化试样的表面及截面形貌、物相组成进行分析,结果表明:添加Si元素能显著的提高Hastelloy N合金的抗氧化性能。随着Si含量的升高,合金氧化膜厚度减小,表面氧化产物细化且均为尖晶石状氧化物。在700℃下, 5种合金平均氧化速率分别为0.0312, 0.0286, 0.0280, 0.022, 0.0205 g·(m~2·h)~(-1),根据氧化等级评定所有合金均达到完全抗氧化级。添加Si合金氧化速度大幅降低,与无Si合金相比,添加1%Si后增重降低了约38.7%。不同Si含量的合金氧化膜组成基本一致,均未发生氧化层剥落现象,最外层为NiO, NiFe_2O_4, NiMn_2O_4,内层为Cr_2O_3, MoO_2等氧化物。当Si含量达到0.5%时,在合金氧化层与基体界面出现SiO_2层, SiO_2层的出现显著提升了合金的抗氧化性能。     

Zr对Ag-Cu-Ti钎料合金显微组织与力学性能的影响

通过非自耗电弧熔炼与氩气保护浇铸,制备Ag-50Cu-4Ti基钎料合金。采用差热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)、显微组织观察及力学性能测试方法,研究Zr含量对基体钎料合金显微组织与力学性能的影响。结果表明,Zr含量的增加并不明显影响钎料合金的熔化温度,其熔点均为783℃左右。随Zr含量的提高,基体合金的显微组织发生明显变化,Zr的添加可降低基体合金中针状Cu3Ti相的体积分数与尺寸,促进弥散分布的(Cu,Ag)5(Ti,Zr)相形成,从而提高合金的维氏硬度与剪切强度。高温氧化实验表明,含Zr合金表现出相对基体合金更为优异的高温抗氧化性能。     

40Cr钢表面高焓等离子喷涂Cr_2O_3涂层的性能

采用SQC-100高焓等离子喷涂设备在启闭机活塞杆用40Cr钢表面制备Cr_2O_3涂层。对Cr_2O_3涂层的微观组织结构、显微硬度、孔隙率、结合强度、抗磨损性能、电化学性能等进行分析与测试,并分析Cr_2O_3涂层的磨损机理。结果表明:高焓等离子喷涂获得的Cr_2O_3涂层孔隙率为0.81%,平均显微硬度(HV0.2)达1 310.3,结合强度均值为60.6 MPa。摩擦磨损实验表明,Cr_2O_3涂层的质量损失仅为0.001 3 g,基体材料40Cr钢的质量损失为0.101 8 g,涂层的抗摩擦磨损性能为基体材料的78倍,涂层的磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损。同时,Cr_2O_3涂层的抗电化学腐蚀能力优于基体材料。利用高焓等离子喷涂制备Cr_2O_3涂层具有优良好的应用前景。     

电弧离子镀沉积Al-O-N高温扩散阻挡层的研究

采用电弧离子镀技术在DSM11合金与NiCoCeAlY涂层间沉积Al-O-N高温扩散阻挡层薄膜,研究了不同O2、N2流量对Al-O-N薄膜相结构的影响及高温下Al-O-N薄膜阻挡合金元素互扩散的行为.实验结果表明,电弧离子镀法沉积的Al-O-N薄膜为多晶膜,具有α-Al2O3+六方AlN的相结构,随着N2的增加,AlN相的含量增加.在1050℃下氧化100h后,Al-O-N层能有效阻挡DSM11合金中的Ti元素向外扩散,扩散阻挡层对涂层的氧化动力学影响不大.     

Ti基表面激光重熔Al涂层及高温氧化行为研究

为了提高纯Ti的高温抗氧化性能,采用电弧喷涂方法在Ti基表面制备Al涂层。采用激光重熔扫描Al涂层,使Ti层与Al层发生冶金反应,对其进行800℃,40h连续氧化,根据Ti与Al反应生成的金属间化合物,研究其高温抗氧化行为。结果表明:经过表面改性处理后的Al涂层可以显著地提高纯Ti的高温抗氧化性能;在激光重熔过程中,Al元素发生熔化扩散与Ti结合形成以Ti Al3为主的扩散层;在高温氧化过程中,涂层表面形成连续且致密的α-Al2O3,同时扩散层中的富Al相为Ti基表面提供充足的Al元素,进而对Ti基体提供有效的高温抗氧化保护作用。