搪瓷/NiCrAlY复合涂层的抗高温氧化及热腐蚀行为

研究了溅射NiCrAlY及搪瓷/NiCrAlY复合涂层在900℃空气氧化及850℃75mass%Na2SO4＋25mass%K2SO4和75mass%Na2SO4＋25mass%NaCl的热腐蚀行为.结果表明：溅射NiCrAlY涂层900℃表面生成了单一的氧化铝膜,具有良好的抗氧化性能,而搪瓷复合涂层进一步提高了NiCrAlY层的抗氧化性能;850℃两种盐的热腐蚀表明,基体合金没有出现内氧化及内硫化现象,搪瓷层的成分也没有显著变化,表现出优异的抗热腐蚀性能.     

多弧离子镀NiCrAlY涂层对γ-TiAl氧化行为的影响

文中采用多弧离子镀技术在γ-TiAl合金表面制备了NiCrAlY涂层,用SEM/EDS和XRD等手段研究了该涂层对γ-TiAl合金高温氧化行为的影响。结果表明NiCrAlY涂层在高温下可形成保护性氧化铝膜,显著提高了γ-TiAl的高温氧化抗力。在氧化过程中,NiCrAlY/TiAl涂层体系发生了严重的Ni的内扩散,形成了层状结构的互扩散带。     

Ti-6Al-4V合金表面NiCrAlY/Al复合涂层的抗高温腐蚀性能

采用多弧离子镀技术在Ti-6Al-4V合金基底表面依次沉积Al层和NiCrAlY涂层,对比研究Ti-6Al-4V合金和NiCrAlY/Al复合涂层在高温腐蚀 (500 ℃, 30 h) 过程中微观组织结构变化及其抗高温腐蚀性能。经测定,NiCrAlY/Al复合涂层中Al层的厚度约为270 nm,NiCrAlY涂层的厚度约为3.8 μm。高温腐蚀测试结果显示,Ti-6Al-4V合金表面出现点蚀,腐蚀区域出现大量裂纹,表明合金发生严重的高温腐蚀。表面沉积NiCrAlY/Al复合涂层的Ti-6Al-4V合金经高温腐蚀后表面依然完整,未产生明显裂纹和涂层脱落。经分析,NiCrAlY/Al复合涂层在高温腐蚀过程中表面可自形成厚度约为43 nm的Al₂O₃和Cr₂O₃,连续且致密的薄氧化膜可在高温下阻隔氧气向钛合金内部的侵蚀,从而显著提高基底合金的抗高温腐蚀性能。     

γ-TiAl合金表面磁控溅射与电弧离子镀制备Al涂层高温氧化行为的比较(英文)

利用XRD、EDS和SEM分析研究了磁控溅射和电弧离子镀2种工艺制备的Al涂层的微观结构、形貌和抗氧化性能。磁控溅射技术制备的均匀、致密的Al层拥有更为细小的晶粒组织。在氧化实验后,磁控溅射制备的Al涂层形成了一个由表层氧化层、次表层富Al层和互扩散层的保护性结构。相比之下,电弧离子镀制备的Al涂层表现出了更差的抗氧化性。这是由于在离子镀制备的Al涂层中发现的针孔可以为氧气的侵入提供通道,从而引起涂层的内氧化并最终导致涂层的剥离。结果表明,磁控溅射制备Al涂层具备更好的抗高温氧化性能。     

溅射NiCrAlY渗Al涂层的高温氧化行为

用SEM、XRD和EPMA等手段,研究了溅射NiCrAlY涂层渗Al前后在1000℃和1100℃的高温氧化行为.结果表明,溅射涂层在1000℃形成了单相的α-Al2O3,具有优异的抗氧化性能;但在1100℃由于Al的过度消耗而失去保护作用.渗Al涂层在1000℃快速增长θ-Al2O3相,使其抗氧化性能稍逊于溅射涂层;在1100℃表面形成了以α-Al2O3为主的保护膜,抗氧化性能优于溅射涂层.     

γ-TiAl基合金用Al2O3-SiC-AlPO4复合涂层抗高温氧化性能研究

目的 通过表面涂层提高γ-TiAl基合金的抗高温氧化性能。方法 采用常规喷涂涂料法在γ-TiAl合金基体上制备Al2O3-SiC-AlPO4磷酸盐复合抗高温氧化涂层。研究γ-TiAl合金和涂层样品在900 ℃、静态空气条件下的准等温氧化动力学行为。用XRD和SEM/EDS分别对涂层样品氧化前后的物相组成、组织形貌和微区成分进行表征分析;用电子探针(EPMA)分析涂层样品的元素分布情况。结果 900 ℃恒温氧化动力学研究结果表明,γ-TiAl基合金初期氧化速率常数为32.501×10⁻² mg/(cm².h^1/2),与后期氧化速率常数28.113× 10⁻² mg/(cm².h^1/2)基本接近,呈直线规律,不具有抗氧化性能;而Al2O3-SiC-AlPO4磷酸盐复合涂层样品氧化后期氧化速率常数为5.967×10⁻² mg/(cm².h^1/2),与氧化初期8 h内氧化速率常数23.941×10⁻² mg/(cm².h^1/2)相比,明显降低,遵循典型抛物线规律,具有抗氧化性能。微观分析结果表明,原始涂层与γ-TiAl合金基体结合紧密,涂层主要相组成为Al2O3、SiC、SiO2;AlPO4以无定形状态构成涂层连续相。氧化后,AlPO4演变成晶态,形成涂层致密的网络结构;部分基体钛元素扩散进入涂层中疏松部位,氧化后形成TiO2弥散分布在涂层中,填补了涂层疏松部位,使涂层更加致密;在涂层与基体界面2 μm区域内形成连续致密Al2O3膜,阻挡了空气中的氧进一步扩散进入基体。结论 Al2O3-SiC-AlPO4复合涂层有效降低了γ-TiAl基合金氧化速率,有助于形成保护性Al2O3膜,明显改善了900 ℃ γ-TiAl基合金抗高温氧化性能。     

高温钛合金溅射NiCrAlY涂层氧化行为的研究

研究了Ｔｉ－１１００高温钛合金表面溅射ＮｉＣｒＡｌＹ涂层对钛合金在６００℃－８００℃空气中氧化性能的影响。结果表明：由于在涂层表面形成均匀连续的Ａｌ２Ｏ３保护膜而显著改善了高温钛合金的抗氧化性,涂层本身的微晶组织使其具有良好的抗剥落能力。但在８００℃时,基体中少量Ｔｉ扩散到涂层表面形成ＴｉＯ,同时涂层中的Ｎｉ强烈向基体扩散,在基体和涂层中分别形成扩散带和空洞。     

NiCrAlY涂层的表面状态对高温氧化行为的影响

将原始喷涂态和表面抛光的NiCrAlY涂层在1050℃恒温氧化300h，利用XRD、SEM，EDS方法，测定涂层的氧化物及其相转变，分析表面氧化膜的生长破坏行为，结果表明：两种涂层在1050℃保温，在150h以内均能生成α-Al2O3氧化膜，150h后，抛光态涂层保护性氧化膜被破坏，抗氧化能力下降，喷涂态涂层表面粗糙，连续Al2O3保护膜的形成较晚，氧化早期氧化膜中存在微裂纹，可释放应力，有利于氧化膜与涂层的结合。氧化动力学曲线符合抛物线规律，氧化至300h，表面氧化膜只有少量微裂纹，无剥落，说明喷涂涂层的长期恒温抗氧化能力比抛光态涂层强。     

爆炸喷涂NiCrAlY涂层的高温抗氧化行为

利用XRD，SEM和EDS检测了爆炸喷涂NiCrAlY涂层的高温氧化行为。结果表明，涂层1050℃恒温氧化动力学曲线符合抛物线规律，涂层表面生成Al2O3保护膜。氧化300h，表面氧化膜基本保持完好，涂层／基体界面无开裂，基体表层出现铝与氮的化合物。与不加涂层的单晶镍基高温合金基体比较，爆炸喷涂的NiCrAlY涂层高温抗氧化能力明显增强。     

γ-TiAl基合金的高温氧化行为研究

研究了γ-TiAl基合金Ti-44Al-4Ta-1W-0.1C在815~925℃内的氧化行为。合金氧化增重试验、XRD和SEM分析结果表明,Ti-44Al-4Ta-1W-0.1C合金在815~925℃内氧化0~200h,由Wagner的氧化经验公式计算得氧化指数n在2~3.8,氧化激活能为213kJ/mol,氧化符合抛物线规律。试样表面形成的氧化层随氧化温度的升高及时间的延长,其厚度不断增加,与氧化动力学规律相一致。该合金经长时间氧化后,该氧化产物由Al2O3、AlTaO4和TiO2组成。     

溶胶-凝胶法制备的Al2O3涂层及其对γ-TiAl合金的高温氧化防护

以异丙醇铝(Al(OC3H7)3)为原料,采用溶胶-凝胶法在γ-TiAl基合金表面制备Al2O3涂层.以空白样品做对照,研究涂层的作用机制以及涂层对γ-TiAl基合金1 000 ℃高温氧化行为的影响.结果表明:采用浸涂工艺制备的涂层表面均匀、无裂纹,主要由γ- Al2O3相组成,厚度约为0.8 μm;等温氧化110 h后,空白试样和Al2O3涂层试样的氧化抛物线速率常数分别为4.85×10-12 和 3.31×10-13 g2/(cm4-s),涂层明显提高合金的抗氧化能力及抗循环氧化能力;空白样品上形成的氧化膜出现分层现象,而在涂层样品的Al2O3涂层中存在金红石型TiO2和α-Al2O3混合物.     

γ-TiAl合金表面Al2O3/Al复合涂层的抗高温熔盐腐蚀性能研究

采用磁控溅射技术于γ-TiAl合金表面制备Al₂O₃/Al复合涂层。在850 °C下、 100 wt.% Na₂SO₄熔盐中观测Al₂O₃/Al复合涂层的高温腐蚀行为。结果表明,Al₂O₃/Al复合涂层具备由Al₂O₃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Al₂O₃,TiO₂和TiAl₃。致密的Al₂O₃/Al复合涂层有效地抑制了O_2-,S_-和Na₊对基体γ-TiAl合金的侵蚀。并且,Al₂O₃/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。     

溶胶-凝胶法制备Al2O3/ZrO2涂层及对γ-TiAl

以异丙醇铝(Al(OC3H7)3)和氧氯化锆(ZrOCl2·8H2O)为原料,采用溶胶-凝胶法在γ-TiAl基合金表面制备Al2O3/ZrO2涂层。研究涂层试样和空白试样在1000℃静态空气中的长期氧化行为和循环氧化行为。结果表明:Al2O3/ZrO2涂层降低了该合金的氧化速率,提高了合金的抗循环氧化能力。对涂层的作用机制进行了探讨。     

锆合金表面Mo/Al/Cr复合涂层的抗高温水蒸气氧化性能

锆合金是重要的核燃料包壳材料,在包壳表面沉积抗高温水蒸气氧化涂层是在失水事故中避免核泄漏的有效途径,然而涂层在高温氧化过程中存在氧化产物不稳定及界面扩散问题。用磁控溅射的方法在Zr-4合金表面沉积Mo/Al/Cr复合涂层,拟利用Al层生成氧化铝提升抗氧化温度上限,利用Mo层阻挡Al与Zr-4基体的扩散。用SEM表征涂层的表面及横截面形貌,利用XRD分析涂层物相结构,用纳米压痕的方法评价涂层的力学性能,用管式炉连接水蒸气发生器来评价涂层的抗高温水蒸气氧化性能。结果表明：在锆合金表面制备的Mo/Al/Cr复合涂层与基体结合良好,结构完整,界面清晰,硬度高于Zr-4合金基体。在高温水蒸气氧化试验中,复合涂层中的Al会发生熔融,导致涂层结构的破坏而不能生成连续致密氧化铝膜。在Cr层、Al层失效的情况下,Mo层可以有效阻挡Al及O元素向基体内部扩散。探讨了Al作为抗氧化层及Mo作为扩散阻挡层的可行性,试验结果可为核燃料包壳涂层的设计选材提供借鉴和支撑。     

冷喷涂制备γ-TiAl表面Ti(Al,Si)_3扩散涂层的高温氧化行为（英文）

通过冷喷涂Al-20Si合金涂层及后续热扩散处理在γ-Ti Al合金表面制备Ti(Al,Si)_3扩散涂层。对涂层进行900°C下1000 h等温氧化和120次循环氧化来测试其抗氧化性能。通过扫描电子显微镜、X-射线衍射以及电子探针分析涂层氧化前后的组织和相转变。结果表明:该扩散涂层具有良好的抗氧化能力,其氧化增重只有基体合金的四分之一。由于在氧化过程中涂层与基体发生互扩散,氧化后的涂层退化为3层:Ti Al2内层、由Ti(Al,Si)_3和富Si相组成的中间层以及多孔层。     

NiCrAlY涂层对单晶镍基合金高温氧化行为的影响

通过对有无NiCrAlY涂层镍基单晶合金进行不同温度的恒温氧化动力学曲线测定及组织结构观察,研究了纳米晶NiCrAlY涂层对高Cr单晶镍基合金高温氧化行为的影响。结果表明：在高温氧化期间,无涂层试样发生明显的氧化、内氧化和内氮化,在表层为Al2O3、Cr2O3的混合氧化物,在次表层氧化物中富含元素Ta,而元素Al贫化,并在近基体区域存在内氧化物;随氧化温度升高,元素Al的贫化区尺寸增大,其中,富Ta相可抑制基体中元素Al向外扩散,延缓合金的氧化速率。合金在氧化初期增重迅速,而恒温氧化增重动力学曲线呈现起伏波动的原因,归结于表面氧化膜的形成与剥落。高Cr单晶合金经溅射NiCrAlY纳米晶涂层,可有效改善合金的抗氧化性能;有涂层试样在不同温度的恒温氧化动力学曲线仅在氧化初期有轻微增重而后趋于平稳,其形成的Al2O3氧化膜不发生明显的剥落,仅在基体近涂层/基体界面区域存在少量AlN内氮化物。     

两种NiCrAlY涂层1050℃恒温抗氧化性能

用低压等离子喷涂（LPPS）和爆炸喷涂（DS）方法，在镍基单晶高温合金上制备NiCrAlY涂层。涂层在1050℃恒温氧化300h，借助XRD、SEM和EDS，对涂层表面氧化膜进行分析，检测其恒温抗氧化能力。结果表明两种涂层表面均能形成Al2O3保护膜，二者的氧化动力学曲线均符合抛物线规律。DS涂层的微孔内含残留气体，涂层内氧化严重，氧化增重大，氧化速率常数近似LPPS涂层的二倍。氧化300h后，DS涂层表面边角处氧化膜有少量剥落，而LPPS涂层保持完好，只在个别突起处有微小开裂。     

γ-TiAl合金的空蚀行为

利用超声振动空蚀试验设备研究了具有单相γ-TiAl组织的Ti-50Al合金的空蚀行为，借助于SEM分析了其空蚀表面，并用洛氏硬度仪模拟空蚀过程中微射流所产生的局部载荷对Ti-50Al合金的作用，测量了其在加载过程中的变形能。结果表明：Ti-50Al合金具有优异的抗空蚀性能，空蚀26h后的累积体积损失量仅为0．926mm^3。该合金优异的抗空蚀性能归因于其在局部载荷作用下有较高的变形能和加工硬化能力。Ti-50Al合金的空蚀是由于晶界阻碍变形,造成应力集中，使裂纹沿晶界形成，导致材料沿晶剥落。     

HVOF喷涂NiCrAlY涂层在1 200℃时的循环和等温氧化

用热重分析法(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)研究了Ni-20Cr-10Al-1Y厚涂层在1 200℃的等温氧化和循环氧化.用HVOF技术制备的涂层在热处理后非常致密,且无裂纹.SEM分析发现,形成的抗氧化层在循环氧化过程中没有剥落.此外,根据分析TGA数据验证了三种氧化方式,两种低于1 000℃,第三种约1 200℃.1 000℃以下的与在涂层表面和次表面上元素选择性氧化相对应,而第三种方式涉及到元素从涂层内向表面的扩散,氧化方式变成在1 200℃时形成稳定氧化物的渐近过程.用X射线衍射分析证实,存在水蒸汽既不影响在表面形成的氧化物晶体的方位,也不影响其厚度.XPS和X射线衍射分析结果表明,涂层和基体之间的相互扩散使其界面上的Cr浓度略有增加,氧化层内元素分布有下面的次序从氧化层的外层到涂层的体内分别为Al-氧化物/Y-氧化物/Ni-氧化物/NiCrAlY.这些结果表明,致密的Ni-20Cr-10Al-1Y的HVOF喷涂涂层可以用于在1 200℃等温氧化和循环氧化的抗氧化阻挡层.     

PCrNi3MoVA钢表面溅射NiCrAlY涂层的高温氧化行为

用磁控溅射方法在PCrNi3 MoVA钢表面制备NiCrAlY涂层,涂层在空气中850 ℃恒温氧化100 h,借助XRD、SEM和EDAX对涂层表面氧化膜进行分析,检测其恒温抗氧化能力.结果表明,涂层大大提高了基体的抗氧化性,涂层表面主要生成了与基体粘附性好的Al2O3氧化膜,在柱状晶间隙较大处生成了NiCr2O4氧化膜与Fe2O3氧化膜;同时涂层的Ni元素与基体的Fe元素发生了明显的互扩散,而Cr元素在界面富集,Al元素主要集中在表面和界面,与氧发生反应生成Al2O3.