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。     

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。     

Nb-Ti-Al基合金防护涂层制备及其抗氧化机理研究

采用真空电子束和电弧炉熔炼制备Nb–Ti–Al基合金,采用料浆熔烧法在合金表面制备Si–Cr–W涂层。在1250℃下对涂层进行氧化测试,通过扫描电镜、能谱分析方法分析涂层测试前后的微观形貌变化以及成分分布。分析结果显示,涂层由Nb、Ti、Cr、W等金属硅化物组成,依靠金属硅化物的氧化分解形成SiO_2和复合金属氧化物来实现对合金的高温氧化防护。在氧化测试100 h以后,涂层外层因氧化而疏松,但内层未被氧化依然致密,说明该涂层具有良好的高温抗氧化能力。     

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。     

航天发动机用铌钨合金高温抗氧化涂层常见缺陷分析

利用料浆熔烧法在航天发动机用铌钨合金表面制备了高温抗氧化涂层,通过扫描电镜(SEM)和能量弥散X射线谱(EDX)等手段分析观察涂层表面、断面微观形貌及涂层组成,由上述分析结果阐述了铌钨合金表面高温抗氧化涂层常见的表面缺陷、涂层色差的形成机制及其对涂层在高温有氧环境中的性能和表面质量的影响。通过一系列的研究发现涂层色差的形成是由于涂覆过程中料浆过剩,熔烧制备过程中过剩料浆在涂层表层反应生成硅化物富集,形成不同于正常涂层的晶粒,由此导致了涂层色差的出现,涂层色差只存在于涂层表层,它的存在并不改变涂层其他层次的结构和成分,对涂层整体的厚度及表面质量都没有影响,而且在高温有氧环境中进行测试发现,有色差和没有色差的涂层高温性能相差不大,由此表明涂层色差的存在并不影响涂层的高温性能。     

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。     

等离子表面Cr-Si合金化改善TiAl基合金高温抗氧化性能的研究

利用等离子表面合金化技术,在TiAl基合金表面实现了Cr-Si二元共渗。通过SEM、EDS、XRD检测合金渗层的形貌、合金元素含量与相结构,并研究了合金化处理对TiAl基合金高温抗氧化性能的改善效果。结果表明,合金渗层组成相为Cr3Si及Laves相TiCr2,过渡层物相主要为Al8Cr5与Al3Ti,合金层内Cr、Si元素含量呈梯度分布;经高温氧化后合金渗层表层形成致密CrO2,内层形成连续Al2O3阻隔层,其氧化动力学曲线呈典型的抛物线型。     

Mo元素的掺杂对Ta-10W合金用Si-Ti-Hf涂层高温抗氧化性能的影响

本文为解决钽钨合金(Ta-10W)在500℃时出现"pest"氧化现象的问题,采用料浆熔烧法在钽钨合金(Ta-10W)表面制备高温抗氧化涂层,通过在Si-Ti-Hf料浆中掺杂Mo元素对涂层进行改性,调整了涂层的热膨胀系数,制备出更均匀致密平整的涂层。研究掺杂不同含量的Mo元素对涂层高温抗氧化性能的影响:Mo元素掺杂越多,涂层的热膨胀系数与基材越接近,涂层的微裂纹越少,抗氧化性能越优异;而与此同时,涂层中形成的MoSi_2含量也越高,氧化成气态的MoO_3含量也更多,不利于涂层的高温抗氧化性能;当掺杂2%Mo元素时,涂层的高温抗氧化性能最优并分析涂层的抗氧化及失效机理。     

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。     

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。     

Ce对热浸镀铝HP40Nb钢氧化行为及组织的影响研究

通过SEM,EDS和XRD研究了Ce对HP40Nb热浸镀铝层组织结构和高温抗氧化性能的影响.结果表明,热浸镀过程中添加质量分数1％Ce促进了镀层外层中Fe2Al5和Fe4Al3Ce相的生成,抑制了内层Fe2Al5相长大;在1 000 ℃/4 h扩散处理过程中,Ce促进了γ向α相的转变以及α相中Ni3Al相的析出,并在渗层内层中生成富Ce相;800C/360 h氧化后,Ce促使渗层外层生成少量Fe2Al5和Cr3Si相,并使渗层外层组织均匀致密;1000℃/360 h氧化后,Ce促使α相长大导致渗层中生成大量的σ相.800℃氧化实验发现1％Ce使渗层组织致密,提高了渗层高温抗氧化性;1 000℃氧化实验发现1％Ce促进了渗层中σ相的生成,阻碍了Al原子的内扩散,保证了氧化过程中渗层表面生成α - Al2O3所需铝含量.     

Formation and high-temperature oxidation of thermal-barrier coatings with Ti-Al-Cr binding layer

The behavior of TiAlCr detonation coatings with an outside thermal barrier layer in high-temperature oxidation in air is examined. It is established that the efficiency of thermal-barrier coatings with a zirconia external layer on substrates of Ti-rich alloys and γ-TiAl depends on the oxidation of the binding TiAlCr layer and the diffusion at the coating-substrate interface. It is shown that the presence of a ceramic layer has no fundamental effect on the oxidation of γ-TiAl-based coatings. The behavior of TiAlCr coatings in high-temperature oxidation depends on the substrate structure, which determines the nature of diffusion at the coating-substrate interface. If the substrate is made of titanium-rich alloys, there is active diffusion of Al and Cr from and of Ti into the coating. Since the Al/Ti activity ratio changes, a mixed layer of TiO₂ and Al₂O₃ forms on the surface. In case of the γ-TiAl substrate, a layer on the TiAlCr surface consists of Al₂O₃ alone.     

添加B对包渗法制备MoSi2涂层显微组织及静态抗氧化性能的影响

采用包渗法在Mo基体表面制备了B强化的MoSi2涂层,研究了涂层的显微结构、元素分布、相组成以及静态高温抗氧化性能。结果表明:涂层与基体之间通过扩散形成牢固的冶金结合,涂层整体厚度为80～120μm,共由三层组成。涂层中B元素沿晶界扩散富集引起的晶格畸变,使得Si在MoSi2中的扩散系数减小,导致B强化MoSi2涂层中间层厚度相对纯MoSi2涂层中间层厚度减小,但涂层整体厚度增大。经1200℃静态氧化2h后,B强化的Mo-Si2涂层失重为0.6mg/cm2,大大小于纯MoSi2涂层失重量(1.3mg/cm2),表面生成一层致密的SiO2为主体的氧化膜,阻止了涂层的进一步氧化。     

料浆法制备NiCrW基高温合金Al-Si涂层的微观结构与性能

航空发动机涡轮叶片在使用时需加以涂层防护,以提高基体合金的抗高温氧化性能。本研究采用料浆渗铝的制备工艺,以CaCl₂作为活化剂,在NiCrW基高温合金表面制备Al-Si涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)对涂层试样的表面和截面进行分析。结果表明,聚乙烯醇水溶液可作为料浆法制备渗铝/铝硅涂层的有效黏结剂;高温扩散的温度和时间显著影响渗铝涂层的厚度。渗剂成分为5%Si+30%Al(质量分数),制备得到的共渗涂层由外而内依次为富Al层、NiAl层和含Si过渡层三部分,涂层致密无明显缺陷,厚度约为57μm。10%Si+25%Al、15%Si+20%Al与20%Si+15%Al共渗涂层由外而内分为富Al层、富Ni层和含Si过渡层三层。Si元素主要以含Si的沉积相形式存在于含Si过渡层中,少量沉积于外层。而Si的少量添加能明显影响Al、Ni元素的扩散过程,从而减小涂层厚度,并由单一NiAl相向富Al、富Ni的镍铝相转变。     

Ti6Al4V合金表面火焰喷焊W_xC涂层耐磨性分析

采用"一步法"火焰喷焊技术在Ti6Al4V合金表面制备出由Ni60过渡层和W_xC+Ni60强化层组成的喷焊层。喷焊层在氩气气氛中冷却,避免了涂层的氧化。过渡层与基体结合良好,没有孔洞等缺陷;强化层中碳化钨颗粒呈弥散分布,与过渡层界面处存在大量的孔洞。喷焊层硬度为12. 3 GPa,相比基材,硬度提高了近3倍,摩擦系数降低60%以上。喷焊层与GCr15和Si_3N_4对磨后,对磨副GCr15和Si_3N_4磨损严重,而喷焊层无明显磨损,表现出优异的耐磨性。     

Effect of thermal spray on the microstructure and adhesive strength of high-velocity oxy-fuel-sprayed Ni-Cr coatings on 9Cr-1Mo steel

Coatings of 80Ni-20Cr and 50Ni-50Cr on a 9Cr-1Mo steel substrate were produced by high-velocity oxy-fuel (HVOF) spraying to protect the steel against steam oxidation in ultrasupercritical (USC) boilers. The oxidation studies on the coated specimens showed good protection against the scale growth on the steel substrate. Both the 80Ni-20Cr and 50Ni-50Cr coatings formed a thin protective oxide film on the coating surface. The 80Ni-20Cr coating showed Fe diffusion from the substrate to the coating and nickel diffusion from the coating to the substrate during the oxidation process. In the case of 50Ni-50Cr coatings, the diffusion process was reduced, but a continuous layer of chromium carbide was observed at the coating/substrate interface during the oxidation. The adhesive/cohesive strength of these coatings was evaluated on aged specimens at 750 °C by using a simple tensile test. The results of the as-coated 80Ni-20Cr specimens showed an adhesive-strength value of 68 MPa. On extended aging, the strength of the coating increased beyond the detection limit of the resin. The nickel diffusion from the coating to the substrate and the iron diffusion from the substrate to the coating caused the increased adhesive strength. In the case of 50Ni-50Cr, the as-coated specimens showed an average adhesive strength of 76 MPa and showed a decreasing trend on the aged specimens. The formation of chromium carbide at the interface caused inferior values in the adhesive/cohesive strength of the 50Ni-50Cr coatings. The chromium carbide formed on the coating/substrate interface was identified as M₂₃C₆-type carbide.     

含钼铁素体不锈钢的高温氧化行为

 采用增重法研究了排气系统用Type444铁素体不锈钢在1000℃空气中的高温抗氧化性能,并结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)及辉光光谱(GDS)分析技术,对氧化膜的形貌和组成进行了分析。结果表明：Type444铁素体不锈钢在1000℃下连续氧化100h,氧化动力学曲线按照抛物线线型氧化规律变化,氧化激活能为(277. 5±10) kJ·mol-1,表面氧化膜由连续致密的Cr2O3组成,具有良好的高温抗氧化性能。铌和钼元素扩散至Fe2(Nb,Mo) Laves相,其氧化物颗粒会充当沉淀物从氧化膜表面逆扩散至基体和氧化膜界面处的孔洞里,从而降低了其在高温下的氧化速率,提高了抗高温氧化性能。     

Microstructural characterisation of Ti–Nb–(Fe–Cr) alloys obtained by powder metallurgy

Abstract

β alloys based on the Ti–Nb alloy system are of growing interest to the biomaterial community. The addition of small amounts of Fe and Cr further increases β-phase stability, improving the properties of Ti–Nb alloy. However, PM materials sintered from elemental powders are inhomogeneous due to restricted solid state diffusion and mechanical alloying provides a route to enhance mixing and elemental diffusion. The microstructural characteristics and bend strength of Ti–Nb–(Fe–Cr) alloys obtained from elemental powder mixture and mechanical alloyed powders are compared. Mechanical alloying gives more homogeneous compositions and particle morphology, characterised by rounded, significantly enlarged particles. In the sintered samples α and β phase are observed. The α phase appears at the grain boundaries and in lamellae growing inward from the edge, and is depleted in Nb. The β phase is enriched with Nb, Fe and Cr. The addition of Fe and Cr significantly increases the mechanical properties of Ti–Nb alloys, providing increased ductility.     

Nb 对双相不锈钢激光熔覆组织及性能的影响研究

采用激光熔覆技术,在基体45#钢板上熔覆了含Nb的双相不锈钢涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对涂层的微观组织和元素组成进行了表征分析,测试了涂层沿深度方向上的显微硬度,在20℃条件下进行了UMT摩擦磨损试验,并在3.5 wt.%的NaCl水溶液中进行电化学测试。结果表明:在双相不锈钢合金粉中添加Nb进行激光熔覆,所制备的熔覆层中碳化物由Cr和Nb的碳化物组成,同时Cr含量显著降低;熔覆层中添加Nb后,其硬度和耐磨性比未添加Nb的熔覆层有显著提高,Nb含量为1.4%的时候效果最好;随着Nb含量的增大,自腐蚀电位逐渐增大,自腐蚀电流密度逐渐降低,说明Nb含量越高熔覆层的耐蚀性越好。综上所述,当熔覆层中Nb含量为1.4%的时候,其耐磨性和耐蚀性最好。     

自蔓延离心法制备Fe3Al/W2C复合涂层

以氧化铁、铝粉、三氧化钨、石墨为原料,采用自蔓延离心法制备了具有内生强化W2C相的Fe3Al涂层。采用x射线衍射仪分析涂层相物相,采用扫描电镜观察涂层组织及磨损后形貌,利用盘销式试验机对比检测了Fe3Al和Fe3Al/W2C涂层的干摩擦性能。结果表明,反应原料中的铝与石墨比例为2:1时,涂层中的主要物相为W2C和Fe3Al。Fe3Al/W2C涂层的相对耐磨性是Fe3Al涂层的1.6倍。