ZrO2(ZrB2)活性扩散障界面演变行为的研究

本实验采用电子束物理气相沉积(Electron Beam Physical Vapor Deposition, EB-PVD)技术在镍基单晶合金Rene N5基体上制备出N5/(ZrB₂+ZrO₂)/ NiCrAl和N5/ZrO₂/ NiCrAl两组试样。然后,同时对其进行900℃/5h恒温氧化和1000℃/250h、1000℃/300h及1000℃/350h循环氧化,并采用SEM、EDS分析方法研究了界面演变行为及退化失效行为,结果表明,ZrB₂的加入对活性扩散障界面反应的生成速率有一定的延缓,但不影响具有阻扩散功能的Al₂O₃扩散障层的最终形成;并且,ZrB₂的加入提高了活性扩散障结构的服役寿命,改变了活性扩散障结构的失效方式。     

热处理气氛对ZrO_2活性扩散障/NiCrAl涂层界面反应的影响

为研究ZrO2活性扩散障的形成机制,采用电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)在DD5镍基高温合金表面分别沉积ZrO2先驱层与NiCrAl涂层,分别在真空条件和大气条件下对试样进行温度为700,800及900℃,时间为5h的高温热处理。分析了试样的截面形貌、扩散反应区厚度以及ZrO2/NiCrAl涂层界面处的元素分布,并研究了热处理气氛对ZrO2/NiCrAl涂层界面反应的影响。结果表明:真空条件更有益于界面反应的进行,并发现经过900℃热处理5h后,ZrO2活性扩散障/NiCrAl涂层界面之间形成了致密的Al2O3阻挡层;而在大气气氛下,NiCrAl涂层中部分Al元素向表面扩散形成氧化膜,从而影响了ZrO2/NiCrAl涂层的界面反应。     

MCrAlY高温防护涂层界面扩散行为研究进展（英文）

MCr Al Y涂层在高温环境下可在涂层表面生成致密连续的氧化层,以阻止阳离子和氧离子的扩散,在保护镍基高温合金基体免受高温氧化和腐蚀方面发挥着重要作用。氧化层主要由α-Al_2O_3组成,其具有较高的热稳定性和化学稳定性,同时在其六方密堆积(HCP)结构中氧离子和金属离子具有较低的扩散系数。随着氧化铝层的生长,使得涂层/氧化层界面铝浓度降低,进一步抑制了连续的Al_2O_3层的生长,导致氧化层中形成混合氧化物和裂缝以及空隙。同时,伴随着界面扩散过程,使得氧化层的微观结构因化学成分的变化而转变,这将对涂层的抗氧化性能产生显著影响。在高温条件下,由于扩散的热活化特性及涂层与基体化学成分的差异,涂层/镍基合金基体界面扩散过程将对基体合金产生有害影响。此时,Al会从涂层内扩散至基体合金中,同时Ni会从基体合金扩散至涂层中,使得基体合金的微观结构发生相转变(γ-Ni相→γ'-Ni_3Al相),形成互扩散区(IDZ)。镍基合金微观结构的相转变使得难熔元素析出,形成二次反应区(SRZ),其主要由富含难熔元素的拓扑密堆积(TCP)相组成,例如σ、μ和Laves相等,且具有枝状晶结构。因此,TCP相的析出将会对镍基合金的高温疲劳寿命产生严重影响。本文综述了MCr Al Y涂层界面扩散的详细过程,同时对界面扩散过程的影响进行了总结。这将有利于深入了解涂层在氧化过程中的组织结构变化和元素扩散行为,对提高涂层的高温抗氧化性能及研究涂层的失效机理具有借鉴意义。     

ZrB_2含量对Nb-Mo-ZrB_2复合材料氧化行为的影响（英文）

利用热压烧结法,在2400℃烧结温度下,制备了NbMo固溶体(此后记作(Nb,Mo)ss)基陶瓷颗粒增强复合材料。其中,ZrB_2陶瓷增强相的体积分数分别为15%,30%,45%和60%。研究了在800,1000和1200℃下,ZrB_2含量对复合材料抗氧化性和氧化产物演变的作用。结果表明,氧化温度和ZrB_2含量均对复合材料的氧化行为有影响。从氧化速率常数角度讲,ZrB_2-(Nb,Mo)ss复合材料的抗氧化性随ZrB_2含量的增加而提高,随氧化温度的提高而降低。800~1000℃的氧化产物中含有膜状Nb_2Zr_6O_(17)相,能作为屏障阻止氧气向基体扩散,因此在800~1000℃时,复合材料氧化速率较低。然而,在1200℃氧化时未发现Nb_2Zr_6O_(17)相,MoO_3的剧烈挥发和ZrO_2的体积效应破坏了Nb_2Zr_6O_(17)保护层,导致了氧化层严重剥落,材料的抗氧化性极差。综上,结合观察到的氧化产物形貌,详细阐述了不同ZrB_2含量的复合材料在不同温度下的抗氧化机制。     

纳米ZrB_2粉体放电等离子烧结制备ZrB_2基超高温陶瓷（英文）

采用纳米ZrB_2粉体研究了ZrB_2基超高温陶瓷的放电等离子烧结行为。由于采用纳米粉体,单相ZrB_2在1550℃的低温下即发生快速的致密化烧结。ZrB_2-Si C陶瓷经1800℃放电等离子烧结后可实现完全致密化,并且材料的抗弯曲强度高达1078±162MPa。在1700℃采用放电等离子烧结成功制备了ZrB_2-Si C-Cf复合材料,材料断口表现出明显的纤维拔出现象,导致其具有高的断裂韧性值(6.04 MPa·m~(1/2))和非脆性断裂的模式。同时,ZrB_2-Si C-Cf复合材料具有很高的临界热冲击温差(627℃),表明该材料具有优异的抗热冲击性能。     

新型PEO/纳米结构ZrO_2镁合金涂层的抗菌活性及腐蚀行为（英文）

为了增强镁合金的耐腐蚀性和抗菌活性,先采用等离子体电解氧化(PEO)在镁合金上制备一层结合层,再用空气等离子喷涂(APS)制备纳米结构ZrO_2表面涂层。采用电化学试验研究涂层样品的腐蚀行为,采用琼脂扩散法对其进行大肠杆菌病原菌抑菌活性评价,并与无涂层样品进行对比。与PEO涂层和无涂层镁合金相比,PEO/纳米ZrO_2涂层样品的腐蚀电流密度最低,电荷传递阻力最高,相位角和阻抗模量最高。PEO结合涂层被纳米ZrO_2表面涂层完全密封,能够显著延缓侵蚀性离子向镁合金表面迁移,显著提高镁合金在模拟体液(SBF)中的耐蚀性。此外,PEO/纳米ZrO_2涂层的抗菌活性也高于PEO涂层和无涂层镁合金,这是由于ZrO_2纳米颗粒通过作用于细胞膜而降低了大肠杆菌的生长速率。     

团聚及空心ZrO_2-7%Y_2O_3热障涂层性能（英文）

大气等离子喷涂ZrO2-7%Y2O3(7YSZ,Y2O3为质量分数)热障涂层广泛用于航空发动机热端部件以提高金属基体的抗腐蚀、耐高温、抗冲蚀等性能。采用超音速火焰喷涂(HVOF)以NiCoCrAlYTa粉为原料在高温合金K4169基体上制备了粘结层,通过大气等离子喷涂(APS)分别以团聚、空心7YSZ粉为原料在粘结层上制备了陶瓷面层。使用扫描电镜(SEM)和工业电子计算机X射线断层扫描技术(ICT)对团聚、空心粉热障涂层的微观结构进行观察分析,然后再对以上2种热障涂层的抗氧化、热震、结合、隔热等热物性能进行对比分析。研究结果表明:空心粉热障涂层陶瓷层中存在大量的微孔和裂纹;热障涂层陶瓷层中不同孔隙率对粘结层高温抗氧化性能没有明显的影响,但它有助于提高热障涂层的热震性能和隔热性能;此外,高的涂层孔隙率会导致空心粉热障涂层的结合强度低于团聚粉热障涂层。     

Cu-3Si-2Ni合金均匀化的组织演变及扩散行为（英文）

为了消除铸态Cu-3Si-2Ni合金中枝晶偏析及非平衡组织对其加工性能的影响,分别在850~950℃、保温2~8 h条件下对比研究了该合金在均匀化下的元素分布、显微组织及性能变化规律。结果表明:随温度的升高及保温时间的延长,合金的偏析程度及非平衡第二相组织明显减少,合金综合力学性能均得以提高和改善,其中温度对均匀化效果的影响更为显著;在相同加热条件下,合金中Ni比Si的扩散速度更慢。并在此基础上利用扩散理论建立起相应的Ni元素均匀化动力学方程。经验证,实验值与理论计算结果基本吻合,获得该合金较佳的均匀化退火工艺为900℃×4 h。     

ZrB_2增强NbMo基复合材料制备及性能研究（英文）

采用真空热压烧结法制备两种成分的ZrB_2增强NbMo基复合材料:42.5%Nb+42.5%Mo+15%ZrB_2、42.5%Nb+42.5%Mo+10.5%ZrB~(2+)4.5%SiC(体积分数)。烧结工艺为温度1600℃,轴向应力30 MPa,保护气体为氩气,保温时间分为1 h和2 h。使用扫描电子显微镜、能谱分析仪和X射线衍射仪分析材料的微观结构和相组成,使用显微维氏硬度计和液压式万能试验机检测材料的力学性能。研究发现,ZrB颗粒均匀分布于NbMo固溶体中,在添加SiC的样品中有SiC的剩余以及MoSi_2相的生成。与无陶瓷相添加的样品相比,添加陶瓷相的样品的抗压强度由1380.15 MPa提高至1974.17 MPa,屈服强度提高至1664.13 MPa,硬度提高3~5倍。保温时间越长,材料的抗压强度、屈服强度和硬度越高。复合材料强度和硬度提高是固溶强化以及ZrB和NbMo之间良好的界面结合力的结果。     

机械合金化制备纳米ZrB_2-TiB_2复合粉末（英文）

采用Zr、Ti、B为原料(摩尔比:1:1:4),在氩气气氛保护下,采用机械合金化方式,在球料比10:1、球磨转速500 r/min实验条件下制备了纳米结构的ZrB_2-TiB_2。采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM),透射电镜(TEM)仪器,对不同球磨时间粉末的相组成、微观结构进行了表征。结果发现,原始粉末经120 h球磨后,粉末主要由ZrB_2和TiB_2组成,平均尺寸在20 nm左右,TiB_2分布于ZrB_2基体上。文章还探讨了该体系获得目标产物的机械合金化机制。     

AA6061/ZrB_2原位复合材料的干滑动磨损行为(英文)

通过往铝熔体中添加K2ZrF6和KBF4制备AA6061/ZrB2原位复合材料,并对该复合材料的干滑动磨损形为进行研究。构建了一数学模型来预测该复合材料的磨损速率。采用4因素5水平的中心复合旋转设计方法来减少实验工作量。考察滑动速度、滑动距离、载荷和ZrB2质量分数这4个因素对制备的复合材料的磨损速率的影响,通过观察磨损表面形貌分析这些因素的影响。结果表明,原位生成的ZrB2颗粒改善了复合材料的磨损性能。该复合材料的磨损速率随着滑动速度、滑动距离和载荷的增加而增加。     

ZrO_2热障涂层及其内应力的研究

本文分为两部分：第一部分介绍结合层及ZrO2稳定剂的发展。第二部分主要介绍ZrO2·Y2O3的残余应力的研究状况及其失效机理。     

Ti/Al固相扩散反应行为及其动力学研究（英文）

研究了Ti/Al热处理温度为520~630℃之间不同温度条件下的固相扩散反应,实验选用Ti/Al粉末压坯作为研究TiAl_3金属间化合物反应动力学模型的原始材料,当热处理时间达到46 h条件下,TiAl_3金属间化合物相在Ti/Al界面生成,实验结果显示TiAl_3相沿TiAl_3/Al界面的生长速率明显优于沿Ti/TiAl_3界面的生长速率。此外,建立了TiAl_3固相扩散反应动力学方程,Ti/Al固相扩散反应激活能和动力学指数分别为170.1 k J·mol~(-1)和0.5。通过对不同热处理条件下试样进行成分分析得到,在热处理工艺为590℃/4.5 h条件下,铝完全消耗,而590℃/3.5 h条件下仍有多余的铝剩余,该实验结果与所建立的固相反应扩散动力学模型相一致,表明该模型能够很好地预测Ti/Al材料固相反应的进行状态。     

ZrB_2在Al_2O_3-ZrB_2复相陶瓷中的增韧性能（英文）

常压烧结制备了Al_2O_3和20%ZrB_2/Al_2O_3(质量分数)复合陶瓷,用XRD和金相显微镜、SEM分析了其相组成、微观结构、断裂形貌,并用压痕法计算了陶瓷的断裂韧性。结果表明:Al_2O_3陶瓷自1500℃开始其相对密度超过99%,维氏硬度达到18 970 MPa,断裂韧性为(5.2±0.3)MPa·m~(1/2);20%Zr B_2/Al_2O_3复合陶瓷在1450℃时相对密度超过98%,维氏硬度达到18 070 MPa,断裂韧性为(6.7±0.2)MPa·m~(1/2)。微观形貌观察表明,ZrB_2/Al_2O_3复合陶瓷韧性的增加是由于弥散分布的ZrB_2在Al_2O_3陶瓷基体中起到遏制裂纹扩展和钉扎双重作用的结果。     

等离子喷涂制备ZrB_2/SiC/Ta_2O_5涂层抗烧蚀性能研究（英文）

为了提高C/C复合材料的抗烧蚀性能,通过等离子喷涂法在C/C表面制备了Si C/Al_2O_3内层和Zr B_2/Si C/Ta_2O_5外层的双层涂层,通过XRD,SEM和EDS分析了涂层烧蚀前后的物相组成、微观结构和成分分布。烧蚀前涂层表面没有裂纹并且内层与基体、内层与外层之间结合良好。元素Zr、Si、Ta在涂层表面的分布相近,涂层表面成分分布均匀性良好。通过氧乙炔火焰在1800℃下对涂层的抗烧蚀性能进行考核。烧蚀过程中形成的镶嵌结构有利于阻挡氧气的渗入,Ta-Si-O玻璃层的形成封填了涂层孔隙,对基体有良好的保护效果,涂层表现出了较好的抗烧蚀性能。     

CO_2在δ-Pu(100)表面吸附行为的第一性原理研究（英文）

结合密度泛函理论框架内的周期性平板模型,运用第一性原理计算方法研究了CO_2在δ-Pu(100)表面的吸附行为。结果表明,CO_2分子以C端向下和C-Pu、O-Pu多键结合的方式吸附在δ-Pu(100)表面。吸附类型属于强化学吸附,最稳定的吸附构型是H_1-C_4O_4,此时吸附能为-6.430 e V,吸附稳定性顺序为穴位桥位顶位。CO_2分子主要和表面Pu原子反应,而与其它3层Pu原子的反应较弱。更多的电子向CO_22π_u轨道转移有利于C-O键的弯曲和活化。此外,CO_2分子和Pu原子之间的化学键主要是离子态,反应机理是CO_2的C 2s、C 2p、O 2s和O 2p轨道与Pu 6p、Pu 6d、Pu 5f轨道发生了重叠杂化作用,产生了新的键结构。H_1-C_4O_4构型的功函数变化最小,表明其它电子容易从该构型表面逃逸,且需要的能量最小。     

低压等离子喷涂制备喷雾干燥型与机械混合型ZrB_2-MoSi_2复合涂层的比较研究（英文）

利用喷雾干燥与真空烧结技术制备团聚型ZrB_2-MoSi_2复合粉末,以这些粉末为原料,通过低压等离子喷涂法制备了ZrB_2-30%MoSi_2(质量分数)复合涂层(SZM涂层)。作为对比,利用机械混合粉末制备了ZrB_2-30%MoSi_2复合涂层(MZM涂层)。借助SEM、XRD和EDS等对涂层的组织结构进行研究,并利用霍尔流速计和松装密度计对团聚粉末的流动性和松装密度进行了测试。此外,对涂层的显微硬度、孔隙率和氧化特性均进行了研究。结果表明:喷雾干燥粉末在1200℃真空烧结1 h后,它的流动性和松装密度分别达到25.8s/50 g和1.12 g/cm~3。与MZM涂层相比,SZM涂层中的MoSi_2分布更加均匀,而且结构更加致密。所以团聚粉末制备的涂层在1500℃表现出更好的抗氧化性能。     

电载荷作用下温度对微焊点界面扩散的影响（英文）

以Cu/SAC305/Cu为研究对象,研究温度对电迁移过程中界面金属间化合物(IMC)生长及Cu焊盘消耗的影响。试验过程中加载的电流密度为0.76×104 A/cm2,试验温度分别为100、140、160和180°C。分别建立焊点阴极Cu焊盘消耗及阳极界面IMC厚度的本构方程。在电迁移过程中,焊点阴极Cu焊盘消耗量与加载时间呈线性关系,Cu焊盘消耗速率与试样温度呈抛物线关系。阳极界面IMC厚度与加载时间的平方根呈线性关系,且界面IMC的生长速率与试样温度呈抛物线关系。在电迁移过程中,阳极界面IMC生长与阴极Cu焊盘消耗有不同的变化规律,这是由于电流作用下焊点体钎料内形成了大量的IMC。     

载体中ZrO_2/Al_2O_3比对Pt/ZrO_2-Al_2O_3催化剂性能的影响（英文）

相比汽油车而言,柴油车具有高效、低油耗的优势已得到广泛应用。本实验以ZrO_2作为改性剂,探究了ZrO_2与Al_2O_3的质量比对催化剂的影响。结果表明:随着ZrO_2的加入,Pt粒子先减小后增大;Pt粒子与载体的交互作用先增大后减小。活性实验数据的分析表明,ZrO2的最佳添加质量分数为40%,CO和C_3H_6完全氧化温度分别降低20和25℃。贵金属在催化剂的分散度以及贵金属与载体的相互作用随着ZrO_2与Al_2O_3质量比的变化而变化。Pt粒子越小,其与载体的交互作用越强,这表明催化剂性能越强。     

溶胶-凝胶/前驱体裂解法合成ZrB_2超细粉(英文)

以硝酸氧锆(ZrO(NO3)2·2H2O )、硼酸(H3BO3)和酚酚醛树脂为原料,采用溶胶-凝胶/先驱体裂法解合成 ZrB2超细粉。将硝酸氧锆和硼酸先溶于水中,加入乙醇,用稀氨水调节溶液的 pH 值形成溶胶,再将溶解在乙醇中的酚醛树脂加入到氧化锆溶胶中,溶胶陈化后形成凝胶,经干燥、过筛获得前驱体粉末。将前驱体粉末在 1300-1500 °C、流动氩气中热处理 1 h,得到 ZrB2粉末。利用 XRD 和 SEM 对粉体的相组成和微观形貌进行表征,研究了原料配比、合成温度对合成粉体的影响。结果表明,在硼锆比为3,碳锆比为 5,醇水比为 3,合成温度为 1500 °C的工艺参数下合成出较好的 ZrB2 超细粉。