航天发动机用铌钨合金高温抗氧化复合涂层的制备研究

采用料浆熔烧法,在航天发动机用铌钨合金Nb521-1表面制备高温抗氧化防护涂层,通过两次熔烧依次制备底层和面层,得到硅化物复合涂层。利用SEM及EDS分析涂层的微观形貌和元素含量,对涂层1 700℃高温抗氧化性能和室温~1 600℃热循环性能进行测试,并初步探讨涂层失效机理。结果表明,制备的复合涂层和基体之间通过互扩散形成扩散层,达到冶金结合;涂层在1 700℃下可连续工作22h,室温~1 600℃热循环测试完成了1 124次。在高温条件下,复合涂层可有效阻止外界氧向基体进一步扩散,对基体形成了良好的保护。     

熔盐法制备C/C复合材料表面MoSi_2-SiC涂层的结构与性能

采用两步熔盐法于900~1 000℃下在C/C复合材料表面制备MoSi_2-SiC复合涂层,即在含仲钼酸铵的熔盐中制备Mo_2C涂层,然后通过熔盐渗硅生成MoSi_2-SiC复合涂层。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)与能谱分析(EDS)等方式研究涂层的组织结构,并测试涂层在1 500℃下的抗氧化性能和抗热震性能。同时对涂层氧化后的组织结构进行分析。结果表明:复合涂层主要由MoSi_2和SiC两相组成,涂层与C/C基体结合处仅有少量未反应的Mo_2C。涂层整体致密,与基体结合良好,均匀地包覆整个基体表面,厚度约为100μm。涂层样品在1 500℃的静态空气中氧化42 h后,涂层表面仍保持完整,质量损失率仅为2.79%。1 500℃下经历30次热震实验后,样品的质量损失率为1.96%,涂层具有良好的抗氧化和抗热震性能。     

铌合金表面硅化物涂层热震行为研究

为提高铌合金高温抗氧化性能, 采用复合包渗法在Nb521合金表面制备了以MoSi2为主体的硅化物涂层, 对涂层进行了室温～1650 ℃热震试验, 利用XRD, SEM, EDS以及EPMA等检测手段对热震前后涂层组织结构变化进行了分析, 观察了裂纹扩展过程.结果表明: 涂层室温～1650 ℃有效抗热震次数可达600次; 热震过程中, 元素扩散导致涂层组织结构发生明显改变; Nb5Si3低硅化物层的产生对裂纹扩展有重要影响.     

C/C复合材料硅化物涂层形貌及结构

采用料浆烧结法在1450℃温度下烧结制备了C／C复合材料硅化物高温抗氧化涂层，通过XRD和SEM分析涂层结构及相组成，并对涂层形成机理及涂层氧化前后的结构和形貌变化进行了研究。结果表明：在C／C复合材料表面生成了以MoSi：为主、含部分SiC的两相硅化物主体层，同时在主体层和基体间生成SiC过渡层，保证了涂层与基体的良好结合；涂层在1500℃下氧化生成SiOz玻璃膜，阻挡了氧向基体内部的扩散；氧化过程中Si元素的扩散导致涂层内部微裂纹增多，同时SiC过渡层厚度增加。     

钽钨合金高温抗氧化复合涂层制备研究

钽钨合金具有高熔点、高热强性和良好的加工性能,是航天飞行器关键高温部件的主要结构材料,但在高温工作环境中易发生氧化,必须在合金表面制备高温抗氧化涂层加以防护。本文采用料浆熔烧法,在Ta10W合金表面制备高温抗氧化复合防护涂层,通过涂层制备,性能测试,SEM对涂层的微观形貌分析,对涂层特性及工作机理进行研究。结果显示制备的Ta10W合金复合涂层1800℃静态抗氧化寿命25h,1950℃静态抗氧化寿命5h。涂层与基体结合良好,高温条件下涂层对基体形成了良好的保护,产品在超音速飞行器中得到了应用。     

熔盐法在石墨表面中温制备MoSi_2-SiC复合涂层

采用熔盐法在石墨表面制备MoSi2-SiC复合涂层,利用X射线衍射分析﹑扫描电镜及能谱分析等手段对涂层的组织结构与形成机理进行研究,并考察涂层的高温抗氧化性能。结果表明:复合涂层由MoSi2和SiC两相组成,基体内部残留少量未完全硅化的Mo2C。涂层致密,与基体结合紧密,并且均匀连续的包覆整个样品表面,涂层厚度约为60μm。涂层制备在中温环境(900~1 000℃)下进行,因而样品不会产生过大的热应力,可避免涂层表面出现贯穿性裂纹。该复合涂层样品在1 500℃的静态空气中保温100 h之后,质量增加0.24%,证明涂层具有良好的抗氧化性能。     

料浆涂覆法制备W-Si-ZrO_2-Y_2O_3高温抗氧化涂层的组织与高温氧化行为

采用料浆涂覆和多步反应烧结工艺在难熔钨合金表面制备W-Si-ZrO_2-Y2O3高温抗氧化陶瓷复合涂层,对涂层的成分、组织特征及1 700℃下的抗氧化性能进行分析。结果表明,在反应烧结过程中涂层形成了以WSi2为主体,ZrO_2和Y2O3均匀分布的多相陶瓷复合结构,涂层与基体形成良好的冶金结合。涂层在1 700℃空气环境中具有良好的抗氧化性能,高温下其表面生成光滑致密的Si O2玻璃膜,有效抗氧化寿命达14 h。     

钼合金表面MoSi2涂层氧化行为和氧化机理的研究

采用包埋渗硅法在钼合金表面制备了MoSi2涂层,研究了涂层的氧化行为和抗氧化机理.结果表明,钼合金基体经历30 min高温氧化后,样品表面鼓泡严重,质量失重率在11%左右;在钼合金基体表面形成MoSi2涂层后,抗氧化能力大幅度提高,经过60min的高温氧化后,样品表面完好,质量增重率为0.58%;在高温氧化过程中,Mo...     

纯钛表面多步合成Ti-Al梯度抗氧化涂层

以TA2工业纯钛为基体材料,通过微弧氧化技术及磁控溅射技术在TA2基体表面分别制备了氧化钛薄膜和金属铝涂层,从而形成Ti/TiO2/Al结构试样,然后进行500℃×4 h的真空扩散热处理,研究了TA2纯钛基体表面Ti、Al元素梯度过渡的复合抗氧化涂层的形成机制,以及涂层在700℃下的循环氧化性能。结果表明,Ti/TiO2/Al试样中的金属Al涂层在500℃的真空热处理过程中,不仅能够扩散至Ti基体内形成Ti-Al系列金属间化合物,而且能与TiO2中间层发生化学反应形成TiAl3+Ti Al+Al2O3复合涂层。TA2纯钛基体表面形成Ti-Al梯度抗氧化涂层后,在700℃大气环境中循环氧化50次后的氧化增重仅为无涂层试样的1/10。     

航天发动机用铌钨合金复合硅化物涂层制备及性能研究

采用叠层料浆熔烧法在铌钨合金上制备复合硅化物涂层，旨在综合提升铌钨合金的静载长程抗氧化能力和抗热震能力。实验结果显示，涂层具有良好的耐高温、抗氧化性能，在1 800℃下的静态抗氧化寿命达到了640 min以上，1 700℃下抗热震性能达680次以上，经1 500℃氧乙炔火焰冲刷3 600 s后仍完好无损。经长时间氧化测试后，涂层开始贫Si化，同时Nb含量因扩散作用而显著增加；当表层开始出现富Nb氧化物时，涂层失效。此外，涂层与铌钨合金仍然存在热膨胀系数失配的问题，导致1 700℃热震测试达680次以上时，涂层开始出现宏观裂纹，进而引起涂层失效。     

耐锌蚀固体硅钼共渗层的改性研究

固体硅钼共渗可提高钢铁材料的耐锌液腐蚀性能,但工艺难控,易致渗层不致密。通过利用溶胶-凝胶法在渗层表面涂覆氧化硅涂层,对硅钼共渗层的表面改性进行了研究,分析了渗层改性前后的组织形貌、物相结构、显微硬度、孔隙率以及耐蚀性能。结果表明,经表面改性后,硅钼共渗层渗层厚度大约500μm,硬度较基体升高约54%,渗层物相主要由Mo_5Si_3和Mo_5Si_2构成,且孔隙被氧化硅凝胶封堵至完全致密,在熔锌中既不受浸润也不受腐蚀,达到了优良的耐锌蚀性能。     

等离子喷涂制备Mo-Si-B复合涂层的高温抗氧化行为研究

本文采用等离子喷涂法在钼电极表面制备了Mo-Si-B复合涂层,利用SEM观察涂层的显微形貌,通过XRD分析涂层的物相组成,通过DSC-TGA考察了涂层钼电极在空气环境中的抗氧化行为。结果表明:当Mo∶B∶Si添加比例达3∶1∶1时,钼电极的涂层由MoSi_2相和MoB相组成,涂层的内部致密,与基体钼电极结合紧密;在抗氧化过程中,涂层经历了氧化增重、平稳运行、再次增重3个阶段;涂层物相最终转化为MoSi_2相、Mo_5Si_3相、B_2O_3相和Si O2相。     

铌硅化物基超高温合金Si-Y_2O_3共渗涂层的组织及裂纹形成

采用分别于1 050、1 150、1 250 ℃保温10 h的Si-Y_2O_3包埋共渗工艺,在铌硅化物基超高温合金表面制备了Y改性的硅化物涂层.利用SEM、EDS和XRD等方法分析了Y对涂层形貌及裂纹形成的影响,并与相同温度和时间下单独渗Si涂层的组织进行了对比.结果表明,涂层外层上部为分布均匀致密的(Nb,M)Si_2柱状晶,外层下部为疏松的(Nb,M)Si_2等轴晶;渗剂中添加质量分数为0.75%的Y_2O_3可以细化涂层组织,且当渗剂中的w(Y_2O_3)为0.50%～0.75%时,所制备涂层的纵向裂纹和横向裂纹的总长度均较小.     

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。     

电弧离子镀电弧电流对铬涂层锆合金高温抗氧化性能的影响北大核心

采用电弧离子镀膜技术在Zr合金表面制备Cr涂层,研究电弧电流对Zr合金高温抗氧化性能的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对涂层的微观结构和物相组成进行表征,分析电弧电流对Cr涂层锆合金1200℃抗氧化性能的影响。结果表明,较高的电弧电流可以在单位时间内获得较厚的Cr涂层,电弧电流为80 A时,涂层表面最光滑,膜基结合性能最优。1200℃高温氧化后Cr涂层主要由Cr_(2)O_(3)、Cr和Cr-Zr组成,Cr涂层氧化后生成了致密的Cr_(2)O_(3)层,Cr_(2)O_(3)层可有效阻止O元素向Zr基体内部扩散。当电弧电流为80 A时,Zr基体上的Cr涂层对基体的保护性能最优。     

料浆法制备Mo表面硅化物涂层的研究

采用料浆法制备MoSi2涂层,研究了料浆中Si与MoSi2粉末的配比、包渗时间、NaF含量对制备涂层的影响.结果表明:在Mo表面形成了两层硅化物层,其中外层是MoSi2,内层是硅化物Mo5Si3;Si主要参与在Mo的表面上硅化物层的形成,MoSi2也能少量参与形成涂层;NaF则起到Si的活化剂作用,没有NaF无法形成硅化物层,但其加入量增多对涂层的厚度影响并不大;随着包渗时间的延长,内外两层硅化物厚度都增加,但外层厚度增加较大.     

钛合金表面电弧离子镀TiN/TiAlN多层复合涂层的组织及抗氧化性能研究

运用电弧离子镀技术,采用独立的钛、铝靶材,在钛合金表面制备了TiN/TiAlN多层复合涂层,利用SEM、EDS对涂层微观组织结构进行了分析,并在800℃条件下测试了涂层抗氧化性能.结果表明:多层复合涂层厚度约为2.5 μm.经镀膜,试样表而粗糙度有升高的趋势,Ra值由初始0.049μm升高到0.541λm.涂层表面以TiAlN TiN相为主,经氧化后,涂层最表层的氮化物已发生分解,并生成了Al,Ti的氧化物,在高温时阻碍了氧向涂层内部扩散,使得涂层内部仍具有TiN和TiAlN的相结构.复合涂层经800℃,19 h空气氧化后,涂层表面仍保持完整,氧化增重率低于无涂层样品.氧化19 h后涂层增重率约为0.2 mg/cm2.h.     

料浆烧结法制备改性Si-Cr-Fe高温抗氧化涂层的研究

采用料浆法在铌合金表面制备了Ge改性的Si—Cr-Fe系高温抗氧化涂层，分析了涂层氧化前后的表面和截面形貌、组织成分、相的分布等。将两次加涂后的涂层与一次加涂后的涂层形貌、组织和抗氧化性能进行了对比。结果表明：C-103铌合金表面的Si—Cr-Fe料浆熔烧涂层中，主体层是较致密的复杂硅化物相（Cr，Fe，Ge，Nb）Si2；扩散过渡层是致密的（Cr，Fe，Ge，Nb）5Si3相和少量（Cr，Fe，Ge，Nb）Si2的混合物；二次熔烧的涂层比加涂一次的涂层系统表面组织较均匀、致密，具有更宽的过渡层，对提高涂层的高温抗氧化性能有利；过渡层可有效阻止裂纹的进一步扩展，从而提高涂层的高温抗氧化性能。     

TC4钛合金表面WSi_2/W_5Si_3复合涂层制备及性能研究

利用磁控溅射(PVD)、化学气相沉积(CVD)以及热扩散渗硅方法在TC4钛合金表面制备WSi_2/W5Si_3复合涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪对复合涂层的结构、组织形貌以及微区化学成分进行分析;对复合涂层显微硬度、附着力以及耐磨性进行测试。结果表明:WSi_2/W5Si_3复合涂层的WSi_2层和W_5Si_3层厚度分别为20、56μm,显微硬度平均值分别为10.70和8.32 GPa; WSi_2/W_5Si_3复合涂层与基体结合力为171.6 N; WSi_2/W5Si_3复合涂层表面摩擦因数为0.75,磨损率为1.184×10~(-6)mm~3·mm~(-1)。在TC4钛合金表面制备的WSi_2/W_5Si_3复合涂层结构均匀致密,与基体结合良好。     

钽钨合金Si-Ti-Hf高温抗氧化涂层的制备及性能研究北大核心

钽钨合金(Ta-10W)具有较高的高温强度、优良的耐腐蚀性及良好的延展性、可焊接性,广泛应用于航空航天、原子能工业等领域,但在500℃时会出现"pest"氧化现象,成为制约其应用的主要因素,因此必须在其表面制备高温抗氧化涂层加以防护。主要采用料浆熔烧法,在钽合金表面制备出了均匀致密平整的Si-Ti-Hf硅化物涂层,涂层的各项高温抗氧化性能优异,可以有效保护钽钨基材免受氧气侵蚀。