高能微弧合金化制备Ni_3Al(Cr)涂层及其高温抗氧化性能

采用高能微弧合金化技术在K3合金表面制备了Ni_3Al(Cr)涂层;对其制备工艺进行了优化,并对涂层在1000℃下的氧化行为进行了研究。结果表明:用高能微弧合金化技术可在K3合金表面制备出微晶涂层,阳极材料采用铸态Ni_3Al(Cr)金属间化合物所得涂层能够与基体形成冶金结合;在1000℃下,所得涂层因晶粒细化可以在较短时间内生成连续保护性富铝/铬氧化膜,而铸态电极和K3合金不能形成连续致密的氧化膜,因此所得涂层比铸态Ni_3Al(Cr)电极和K3合金具有更好的抗氧化性能,并且NiO和尖晶石的生成量也减少。     

等离子喷涂制备Al_2O_3/ZrO_2复合结构热障涂层的性能

以NiCrAlY为金属黏结层材料、以Al_2O_3和ZrO_2为陶瓷层材料,采用等离子喷涂技术在304不锈钢表面制备了3种热障涂层,通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别对涂层的微观形貌和晶相进行了表征,并研究了涂层的抗高温氧化性能和抗热震性能。结果表明:NiCrAlY/Al_2O_3/ZrO_2复合结构热障涂层表面无孔洞和裂纹等缺陷,高温氧化后该涂层主要包括Mg_2Zr_5O_(12)和(Fe,Mg)(Cr,Fe)_2O_4两种晶相;由于Al_2O_3的阻氧作用,NiCrAlY/Al_2O_3/ZrO_2涂层具有最佳的抗高温氧化性能;NiCrAlY/ZrO_2涂层层间材料的热膨胀系数呈梯度变化,表现出最佳的抗热震性能。     

锆合金包壳表面抗氧化涂层研究进展

锆的热中子吸收截面低,具有优异的耐腐蚀性和较高的熔点（1852℃）,因而在核燃料包壳管中被广泛应用。在日本核电站意外爆炸发生后,耐事故燃料（ATF）受到广泛关注,一种在锆合金表面制备涂层的方法因具有很高的经济性而被广泛研究。文中介绍了锆合金包壳表面涂层的抗高温氧化性能的研究现状,分析了近年来使用的金属、陶瓷、MAX相涂层对锆合金表面抗氧化性能的影响,指出Cr基涂层更有应用前景。     

锆合金表面耐腐蚀涂层研究现状

在核工业反应堆中,锆合金核燃料棒包壳管在各种工业介质中服役。介质中包括的氧、水蒸气、二氧化硫、硫化氢、气相金属氧化物、熔盐等会诱发或加剧燃料棒包壳管腐蚀氧化,而温度通常更进一步加速热腐蚀及高温氧化过程。为了防止锆合金表面氧化且不改变或降低其力学性能,在锆基表面制备一层具有耐高温腐蚀和氧化的涂层。文中综述了国内外锆合金表面涂层研究现状,讨论了热障涂层、MCrAlY包覆涂层、铝化物涂层对锆合金高温氧化及热腐蚀性能的影响。     

提高铜基合金的耐热性及抗腐蚀性

耐热铜合金在现代的机器制造业中得到广泛应用,因为它具有一系列与其他耐热合金不同的特点。耐热铜合金的工作条件是十分恶劣的:高温和侵蚀性液体的作用,腐蚀性损耗等。本文是研究铜合金08和19经铝扩散饱和又经铬扩散后的耐热性和抗腐蚀性。铝饱和过程用非接触法在粉末状混合物里进行,混合物成份(%)为48 Al、50 Al_2O_3和2NH_4Cl,温度在980℃持续0.5到2小时,渗铝铬的工艺包含二个连续过程,表面渗铝在980℃下进行0.5小时,紧接着扩散铬,它是用接触法,混合物成份(%)为70Cr,23Al_2O_3和7NH_4Cl,温度在980℃,持续6—12小时。照片11是合金 p×08经980℃下进行0.5小时表面渗铝和9小时渗铝铬后的金相图,合金 p×08和19的表面渗铝层     

锆基合金包壳管保护涂层的材料、制备及特性

锆合金包壳管上制备保护涂层的主要目的是提高锆合金包壳在正常和事故中运行的可靠性和安全性。简述了锆基合金在核设施中的使用情况及锆合金自身特性，介绍了制备锆合金包壳保护涂层所使用的硅基，铬、铝基等不同材料及PVD、冷喷涂等涂层制备方法，并结合一些常规的机械性能评价及腐蚀和高温蒸汽氧化试验，分析了通过不同材料及制备方法制作的涂层的特性。指出了金属和陶瓷材料涂层在应用中所面临的挑战。最后根据锆合金包壳涂层的应用场景，总结出涂层所需的几点特性。     

0Cr18Ni9Ti不锈钢表面渗锆合金层的耐腐蚀性能及抗高温氧化性能

采用双辉等离子渗金属技术在0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢表面制备渗锆合金层,然后将其分别置于在0.5mol·L-1 HCl溶液、3.5%NaCl溶液、0.5mol·L-1 NaOH溶液中进行电化学腐蚀试验,另在静态空气中进行了1 000~1 150℃的高温氧化试验,研究了渗锆合金层的耐腐蚀性能及抗高温氧化性能,并与不锈钢基体进行了对比。结果表明:在三种溶液中,不锈钢基体的相对腐蚀速率分别为渗锆合金层的24.43倍、2.44倍、1.90倍,不锈钢基体表面发生了较为严重的腐蚀,而渗锆合金层只出现了局部腐蚀坑,这是因为在腐蚀过程中其表面形成了一层致密的ZrO2钝化膜;不锈钢基体和渗锆合金层的氧化质量增加曲线都基本遵从抛物线规律;在1 150℃氧化20h后,不锈钢基体表面氧化严重,而渗锆合金层的表面形貌较好,存在少量孔洞,组织相对致密。     

两种MCrAlY复合涂层在熔融Na2SO4+NaCl中的热腐蚀行为

采用电弧离子镀(AIP)及电镀工艺,在镍基单晶高温合金基体上,制备了普通涂层、不含及含Cr基扩散阻挡层的MCrAlY复合涂层,研究了涂层在900℃下,在熔融Na2SO4+NaCl中的热腐蚀行为。结果表明:两种复合涂层在退火后,具有外部富Al、内部富Cr的梯度结构,在热腐蚀过程中,表现出较好的抗高温热腐蚀性能。     

纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层及其抗高温腐蚀性能

制备纳米金属间化合物Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层并测试其抗腐蚀性能,为利用热喷涂技术治理火电站易损部件腐蚀问题提供有效手段。运用自主研发的造粒系统,成功对高活性的纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合喷涂粉体实施团聚造粒;运用高速火焰喷涂方法,在结构材料表面制备出了纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层,对比测试了微米、纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层的抗高温腐蚀性能,分别采用抛物线型和幂函数型对腐蚀动力学曲线进行拟合。纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合喷涂材料的粒径由原始的50nm团聚到最终的114~178μm,团聚后的纳米颗粒呈圆形或椭圆形,各成分比例保持原始比例,团聚颗粒内部仍然保持纳米粉体状态;纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层表面致密、铺展均匀,截面元素过渡平缓、层片细小;运用幂函数方程对腐蚀动力学曲线的拟合效果更好。通过对腐蚀动力学拟合方程进行求导运算可推算出各复合涂层的腐蚀速率。团聚后的纳米颗粒满足热喷涂材料的相关要求,纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层的抗高温腐蚀性能显著高于微米Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层。纳米Al、Cr优先氧化生成具有保护作用的氧化膜机理解释了纳米涂层抗高温腐蚀性能优异的原因。     

Incoloy800H合金在高温纯水蒸气中的氧化行为

采用不连续称重法、X射线衍射及扫描电子显微镜等研究了Incoloy800H合金在750℃和850℃纯水蒸气中的氧化行为。结果表明:试验合金的氧化动力学近似遵循抛物线规律,温度升高后其氧化急剧加速;在750℃蒸汽中氧化后,试验合金表面形成以(Cr,Mn)_2O_3为主的氧化膜,其上分布着不连续呈突起状的Fe_3O_4,在氧化膜下方基体中的铬被内氧化为Cr_2O_3;在850℃蒸汽中氧化后,试验合金表面形成双层氧化膜,外层为薄的(Fe,Mn)_3O_4,内层为厚的(Cr,Mn)_2O_3,氧化膜下方基体中的铝沿晶界发生内氧化生成Al2O3。     

预氧化温度对Ni-15Cr-5Al-5Si合金抗高温循环氧化性能的影响

采用粉末冶金方法制备Ni-15Cr-5Al-5Si(质量分数/%)合金,经不同温度(500,700,900,1 100℃)预氧化处理后,在1 100℃进行了循环氧化试验,研究了预氧化温度对该合金抗高温(1 100℃)循环氧化性能的影响,并与未添加硅的Ni-15Cr-5Al合金进行了对比。结果表明:Ni-15Cr-5Al-5Si合金的抗高温循环氧化性能显著优于Ni-15Cr-5Al合金的;预氧化处理可以提高合金的抗高温循环氧化性能,随预氧化温度的升高,抗高温循环氧化性能提高,但提高效果不明显。     

锆改性对硅化物涂层耐固体粒子冲蚀性能的影响

采用组成(质量分数/%)分别为15Si-5NaF-80Al_2O_3、15Si-10Zr-5NaF-70Al_2O_3的渗剂,应用扩散渗工艺在TC4合金表面制备了单一硅化物涂层和锆改性硅化物涂层,对比研究了2种涂层的显微组织以及在不同冲蚀角度下的耐固体粒子冲蚀行为。结果表明:2种涂层均可分为3层,由(Ti,X)Si_2(X为铝、钒或锆)相组成的外层、由TiSi相组成的中间层以及由Ti_5Si_4+Ti_5Si_3相组成的内层,锆改性硅化物涂层的组织更致密,且无裂纹存在;2种涂层的冲蚀率均随冲蚀角度的增大而增加,但锆改性硅化物涂层表现出更好的耐固体粒子冲蚀性能;在大冲蚀角度下,锆改性对硅化物涂层耐固体粒子冲蚀性能的改善效果比在小冲蚀角度下的更加显著。     

钴基高温合金表面电弧离子镀NiCrAlY涂层的抗高温氧化性能

采用电弧离子镀在钴基高温合金K640基体上制备了NiCrAlY涂层,并进行了真空退火处理。通过X射线衍射、扫描电镜和能谱分析等技术对涂层的相结构和基体及涂层在1 000℃下的抗循环氧化行为进行了研究。结果表明:沉积态涂层主要由γ-Ni、γ′-AlNi3和β-Ni Al等物相组成,元素分布均匀;涂层真空退火后衍射峰尖锐,晶粒明显长大,主要由γ-Ni、γ′-AlNi3、β-Ni Al和α-Cr以及极少量的Cr23C6组成。涂层在循环氧化过程中形成Al2O3保护膜,经过100次循环后Al2O3氧化膜仍然完好。真空退火可使溅射涂层表面较早生成保护性能良好的α-Al2O3氧化膜,提高了涂层的抗氧化性能。     

1100℃下MoSi_2涂层的高温摩擦磨损性能研究

为提高K403镍基高温合金的高温耐磨损能力,采用大气等离子喷涂在镍基上制备了金属间化合物MoSi2涂层,比较分析了基体和涂层与Al2O3配对摩擦副在1100℃下的高温摩擦磨损性能,并采用X射线衍射仪和扫描电镜对摩擦磨损表面进行了物相、形貌和成分分析,进而分析了基体和涂层的磨损机理。研究结果表明:K403合金的摩擦因数在0.35～0.5范围内变化,而MoSi2涂层的摩擦因数在0.65左右波动;MoSi2涂层的磨损率约是基体材料的0.5倍,涂覆MoSi2涂层后,提高了镍基高温合金耐高温磨损能力;镍基合金的高温摩擦磨损机制主要为氧化磨损和疲劳断裂,载荷较小(10N)时,MoSi2涂层的磨损机制主要表现为氧化磨损,较大载荷(40N)时,MoSi2涂层的磨损机制主要表现为氧化磨损和疲劳脆性断裂。     

预氧化温度对Ni-20Cr-5Al-0.2Y_2O_3合金抗高温循环氧化性能的影响

通过粉末冶金方法制备了Ni-20Cr-5Al和Ni-20Cr-5Al-0.2Y_2O_3(质量分数/%,下同)合金,将Ni-20Cr-5Al-0.2Y_2O_3合金在不同温度(500~1 100℃)进行预氧化处理,然后将未预氧化及预氧化合金在1 150℃下循环氧化15h,研究了Y_2O_3的添加和不同预氧化温度对合金抗高温循环氧化性能的影响。结果表明:添加0.2%Y_2O_3后提高了Ni-20Cr-5Al合金的抗高温循环氧化性能;预氧化可以有效提高Ni-20Cr-5Al-0.2Y_2O_3合金的抗高温循环氧化性能,其中预氧化温度为700℃的合金有最优的抗高温循环氧化性能,其原因是经过预氧化处理的合金表面形成了致密的保护性氧化膜,阻止了氧化的进一步进行。     

DZ4合金渗铝-硅涂层1 100 ℃氧化时的元素扩散规律

以定向凝固镍基高温合金DZ4为基体,采用料浆法在合金表面制备铝-硅涂层;对该涂层试样进行1100℃抗高温氧化性能试验,并对氧化过程中各元素的分布进行了分析.结果表明:随氧化时间增加,涂层逐渐分为两层,外层为单一β-NiAl相,内层主要由β-NiAl相构成,层内分布着块状和颗粒状的碳化物;高温氧化过程中,硅元素不断向涂层内部扩散,并与基体合金中向外扩散的钼、钨元素结合形成富硅的M6C,并逐渐形成M6C隔层,阻碍镍与铝的互扩散,提高了涂层在高温下的抗氧化能力.     

等离子渗Mo提高TiAl基合金高温氧化性能的研究

研究了等离子渗Mo处理对Ti-46.5Al-1.0V-2.5Cr(原子分数)合金抗高温氧化性能的影响.结果表明,等离子渗Mo处理能显著提高TiAl基合金的抗高温氧化能力,归因于TiAl基合金经等离子渗Mo处理后在表面形成成分含Ti-Al-Mo的致密合金层,该致密合金层具有良好的抗高温氧化性能.     

新型涡轮叶片材料M38G合金渗稀土—铝涂层的研究

研究了涡轮叶片材料Ｍ３８Ｇ合金渗稀土－铝涂层的工艺过程和组织结构。结果表明，稀土－铝涂层大大提高了合金的抗高温氧化性和耐热腐蚀性，而对高温力学性能影响不大。     

单晶高温合金溅射NiCrAlY微晶涂层的循环氧化行为

采用磁控溅射方法在镍基单晶高温合金基体上制备日 粒平均尺寸小于100nm的Ni-30Cr-12Al-0.3Y微晶涂层;并对基体和涂层在1050℃下的抗循环氧化行为进行了研究。结果表明：基体经过2次循环后,氧化膜即出现剥落,基体表面形成的氧化物主要是NiO和Cr2O3,保护性能不及Al2O3;而微晶涂层在循环氧化过程中形成Al2O3保护膜,经过100次循环后Al2O3氧化膜仍完好无损,真空热处理提高了涂层氧化膜形成的均匀性。     

粉末硼铝共渗层的显微组织和性能

本文研究了20、45、T8、GCr15、3Cr2W8V钢用不同粉末渗硼剂与渗铝剂配比所形成的硼铝共渗层的组织和性能。结果表明,硼铝共渗层主要由硼化物(Fe、Al)B、(Fe、Al)_2B和超结构铝化物β_1(Fe_3Al)以及α(Al、B)组成。硼铝共渗层具有高硬度、高耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化性和热硬性。因此,它是一种值得推广的新型化学热处理工艺。