高温防护涂层研究进展

简要介绍了高温防护涂层的发展进程,特别关注航空航天领域中几种常用的高温涂层,包括扩散涂层、MCrAlY包覆涂层和热障涂层;介绍了新概念涂层和玻璃基复合涂层等特色高温防护涂层;综述了国内外关于包括抗氧化或耐腐蚀涂层、热障涂层和扩散阻挡层等高温涂层的最新研究进展;还讨论了高温涂层未来的发展。     

高温反应合成金属-陶瓷复合涂层技术的研究现状

高温反应合成涂层是一种新型的金属-陶瓷复合涂层制备方法。介绍了高温反应合成的基本原理以及几种高温反应合成涂层制备技术,包括SHS离心铸造涂层、SHS熔铸涂层、反应铸渗涂层、气相传输涂层、反应热喷涂涂层。分析了不同涂层的工艺过程、工艺特点、性能以及优缺点,提出了高温反应合成涂层技术存在的问题,展望了研究发展方向。     

钛表面高温防护涂层研究进展

对高温钛合金及钛铝金属间化合物而言,施加合适的高温防护涂层是目前实现长时间有效高温防护的唯一选择。回顾了钛表面五大高温防护涂层体系的发展现状,即热扩散渗铝(硅)涂层、金属间化合物包覆涂层、氮化物陶瓷涂层、搪瓷涂层以及惰性氧化物陶瓷涂层,总结了这些涂层的高温防护机理、改性方法以及失效机制。现阶段,单一的高温防护涂层体系及其制备方法在钛合金实际应用中依然存在着较大的局限性,设计和发展具有优异综合性能的新型高温防护涂层并发展相应的高效制备方法,仍是高温钛合金防护领域亟待解决的问题。 更多还原     

钼及钼合金表面高温防护涂层的研究进展

系统总结了国内外关于钼及钼合金表面高温防护涂层的最新研究成果，分析了钼在不同温度区间的氧化特征，并基于涂层组织结构稳定性、涂层缺陷、涂层与基体界面结合强度、界面物理和化学相容性、氧扩散等多方面，概述了钼及钼合金表面高温防护涂层的性能要求。归纳了现阶段应用于钼及钼合金表面的高温防护涂层体系，主要包括单一硅化物涂层、改性的硅化物涂层、硅化物基梯度复合涂层、铝化物涂层、耐热合金涂层和氧化物涂层，重点讨论了涂层的成分和结构对其抗高温氧化性能的影响。同时，对比介绍了钼及钼合金表面高温防护涂层常用的制备方法，主要包括料浆烧结法、包埋渗法、等离子喷涂法、熔盐法、化学气相沉积法、磁控溅射法等。最后，对钼及钼合金表面高温防护涂层现阶段存在的问题及未来发展方向进行了展望。     

铝化物高温防护涂层的现状

介绍了高温防护涂层的主要类型、制备方法及其失效方式，重点突出了铝化物涂层在高温防护领域的重要性和高温涂层、高温氧化问题研究的重要性，从而点出了应该进一步深人地研究铝化物涂层高温氧化规律的重要意义。     

喷涂工艺对MoSi2-Al2O3涂层组织与性能的影响

目的在不锈钢表面制备一种可服役于高温富氧环境中的抗高温氧化防护涂层。方法采用MoSi_2-Al_2O_3团聚烧结粉末为喷涂原料,分别利用等离子喷涂和火焰喷涂两种工艺在310S不锈钢表面制备MoSi_2-Al_2O_3抗高温氧化涂层。采用SEM、EDS、XRD和粗糙度测量仪分析涂层的组织结构,使用拉伸法检测涂层的结合强度,采用高温氧化实验表征涂层的抗高温氧化性能。结果等离子喷涂涂层中的粉末熔化程度较火焰喷涂涂层更高,涂层呈现致密的堆叠结构且Si、O元素分布更为均匀。等离子喷涂涂层的结合强度为24.25 MPa,较火焰喷涂涂层提高了约68%。经1200℃高温氧化试验后,火焰喷涂涂层出现粉化,氧化剧烈并发生剥落,而等离子喷涂涂层未出现粉化现象,涂层结构完好。在高温氧化过程中,由于等离子喷涂涂层组织致密,可有效避免涂层粉化,均匀分布的Si元素在涂层氧化过程中更易产生SiO_2并对涂层裂纹进行有效填补,阻碍了氧原子向涂层内部扩散,因此涂层抗高温氧化性优异。结论采用等离子喷涂技术能够在310S不锈钢表面制备出组织结构、结合强度及高温性能更好的MoSi_2-Al_2O_3涂层。     

热喷涂高温自润滑涂层研究现状

鉴于现代高技术装备用高温润滑涂层的服役温度越来越高、条件越来越复杂,且对高可靠性及长寿命等方面的要求日益苛刻,亟需研究新型高温自适应润滑涂层材料在其服役条件下的环境适应性和稳定性。综述了目前国内外对该类涂层的组分设计和相关制备技术,重点分析了利用热喷涂技术制备高温自润滑涂层的研究现状,并从制备工艺和涂层组分调控方面阐述了该类涂层研究取得的成果和存在的问题。提出未来针对热喷涂高温自润滑涂层的制备应利用先进的喷涂设备,选用物相组分相近的喷涂粉末,并结合组分设计调控,以涂层具有良好的涂基力学性能、耐腐蚀性能、抗高温氧化性能为前提,使涂层在高温环境下可借助摩擦物理或摩擦化学过程,来赋予其良好的高温自润滑性能,重点研究涂层的组分构效关系和综合应用性能。运用材料氧化热力学-动力学理论,从涂层"高温力学-高温摩擦学-耐高温稳定性"三方面来考核材料的综合使役性能,并探讨其高温润滑摩擦机理。     

热喷涂涂层高温磨损性能的研究现状及发展趋势

对热喷涂涂层高温下的磨损行为进行了介绍,指出了涂层高温磨损性能的影响因素。并指出了几种可以提高涂层高温耐磨性的途径,并对其机理进行了分析。最后指出了目前热喷涂涂层高温磨损性能研究中存在的问题以及未来提高涂层高温耐磨性的研究方向。     

纳米和微米ZrB_2-SiC粉末对涂层高温抗氧化性能的影响

选用纳米团聚粉末和常规微米商用ZrB_2-SiC粉末,利用超音速等离子喷涂在310S耐热不锈钢基体上制备高温抗氧化ZrB_2-SiC复合涂层。采用XRD、SEM、EDS分析涂层组织结构;拉伸法测定涂层结合强度;静态高温氧化法表征涂层抗高温氧化性能。优化了喷涂距离,研究纳米和微米ZrB_2-SiC粉末对涂层形貌、组织结构及性能的影响。结果表明:纳米团聚粉末(n-ZS)涂层表面孔隙和微裂纹较微米商用粉末(m-ZS)涂层大幅减少,涂层更为致密;n-ZS涂层结合强度达到44.6 MPa,较m-ZS涂层提升了约67%;经过1 100℃、50 h的高温氧化试验,n-ZS涂层增重明显低于m-ZS涂层,氧化倾向低,具有更好的高温抗氧化能力。     

铝电解炭素阳极用防氧化保护涂料的研究

介绍了一种铝电解炭素阳极用高温防氧化保护涂料,并研究了复合抗氧化剂及耐氟腐蚀材料对涂层高温抗氧化、耐氟腐蚀性能的影响。试验指出,金属铝和硼化物在高温下对涂层致密性的形成起到至关重要的作用,能够大大提高涂层的高温致密性从而提高其高温抗氧化性。而氟化物的加入则提高了涂层的高温抗氟腐蚀性,减缓铝电解过程中氟气对涂层的腐蚀作用。     

Designing oxidation-resistant coatings

This article examines the historical development of high-temperature, oxidation- and corrosion-resistant coatings, demonstrating how diffusion surface treatments, modified diffusion coatings, the design of M-Cr-Al-X corrosion-resistant overlay coatings, and the application of thermal-barrier coatings can be used to reduce the scaling (oxidation) rate of coated components. Future trends in high-temperature coating design are also reviewed, including the custom design of corrosion-resistant alloys, smart overlay coating concepts, diffusion barriers, and the use of layered thermal-barrier coating structures. For more information, contact J.R. Nicholls, Cranfield University, School of Industrial and Manufacturing Science, Cranfield, Bedfordshire MK430AL, United Kingdom     

钼金属高温抗氧化能力的研究概况

概述了钼在高温下的氧化机理及其在高温下的防止氧化的方法,例如涂层、合金,改变制备工艺等方法,介绍了最新研制的涂层和钼合金在高温条件下的应用,并指出新材料的研究方向。     

Ion-Plasma Diffusion Aluminide Coatings for Gas Turbine Blades (Structure and Properties)

An ion-plasma method for depositing alloy diffusion aluminide coatings on high-temperature alloys, which favorably differs from the traditional processes, is considered. The special features of formation of ion-plasma diffusion coatings on the surface of high-temperature alloys in single-stage and double-stage processes are considered. The process of formation of such coatings and their effect on the long-term high-temperature strength of nickel-base alloys is studied. Examples of advantages of the new method are presented.     

High-temperature tribological properties of plasma-sprayed metallic coatings containing ceramic particles

Plasma-sprayed metal-base coatings containing ceramic particles were considered for high-temperature sealing of a moving metal component with a dense silica-base ceramic preheated at 800 ‡C. Selected metal powders (NiCoCrAlY, CuNi, CuNiIn, Ag, Cu) and ceramic particles (boron nitride, Zeta-B ceramic) were agglomerated to form suitable spray powders. Plasma-sprayed composite coatings and reference materials were tested in a modified pinion-disk apparatus in which the stationary disk consisted of a dense silica-base ceramic piece initially heated at 800 ‡C and allowed to cool during tests. The influence of single exposure and repeated contact with ceramic material on coefficient of friction, wear loss, and damage to the ceramic piece was evaluated.     

Investigation of coatings produced by the electrospark machining method of steel 45 with electrodes based on carbides of tungsten and titanium

The article is devoted to the development and investigation of tungsten-containing and tungstenless electrode materials for electrospark alloying using additives of boron-containing minerals, as well as aluminum-oxide nanopowder. The kinetics of the mass transfer process with the electrospark alloying of coatings was investigated. The phase composition, roughness, and kinetics of high-temperature oxidation of coatings were studied. The anticorrosive properties of obtained coatings were studied in 3% NaCl solution by the method of impedance spectroscopy. An improvement of the barrier properties of TiC–Ni–Mo coatings with increasing datolite concentrate was revealed.     

TiAl-Nb基合金高温抗氧化研究进展

TiAl-Nb基合金具有优异的综合性能,在先进飞行器及武器等耐高温部件中有巨大的应用潜力,但其高温抗氧化性能无法满足实际使用需求。综述了TiAl-Nb基合金高温抗氧化防护方面的研究进展,包括TiAl-Nb基合金的多元合金化、表面合金化、抗氧化涂层及其抗氧化机理,通过分析不同氧化防护措施的特性,展望了TiAl-Nb基合金高温抗氧化防护的发展趋势。国内外研究结果显示,通过多元合金化方法改善合金组织,并在氧化过程中促进形成保护性Al_2O_3而抑制形成TiO_2,是提高TiAl-Nb基合金高温抗氧化性能的有效手段。利用表面合金化对合金表面的显微组织和成分进行改善,氧化时促进抗氧化性能优良的Al_2O_3或SiO_2保护膜形成,显著提高了TiAl-Nb基合金的抗氧化性能。但高温下合金化层与基体之间的Al、Si、Ti等元素的互扩散会加剧合金化层的退化,进行表面多元合金化,特别是添加微量活性元素,对促进保护性氧化膜的形成及抑制互扩散有良好效果。通过制备表面抗氧化涂层,在氧化时生成保护性氧化膜,阻碍O的内扩散,能够起到良好的高温抗氧化作用,但需要解决涂层/基体合金的结合力较差和反应扩散等问题,制备复合涂层或扩散阻挡层是解决上述问题的有效途径。     

CrAlN基硬质涂层的研究进展

近年来,现代工业对材料的性能提出了日益严苛的要求,表面技术改性逐渐成为提升材料表面性能的有效手段。CrAlN涂层因其良好的力学性能和优异的抗高温氧化性能,在保护性涂层领域受到广泛关注。本文综述了近10年来CrAlN基硬质涂层的最新研究进展,包括CrAlN涂层的结构和性能、制备工艺、合金化和以CrAlN为基的纳米多层结构涂层和纳米复合结构涂层的设计和优势等,讨论了CrAlN涂层潜在的发展方向,以期推动该涂层在保护性涂层领域的发展和应用。     

Condensation and condensation-diffusion coatings for turbine blades made of high-temperature alloys with a directed crystal structure

Results of an investigation of condensation (condensed) and condensation-diffusion coatings for protecting working turbine blades made of high-temperature nickel alloys from high-temperature gas corrosion are presented. The coatings were deposited on specimens of a high-temperature model nickel alloy by the ion-plasma method.Translated from Metallovedenie i Tetmicheskaya Obrabotka Metallov, No. 4, pp. 15 – 18, April, 1996.     

Residual stress distributions within high-temperature coatings

The residual stress distributions of ZrO₂/NiCoCrAlY high-temperature coatings were analyzed using an analytical model and finite element analysis. Three different topics were involved, namely the effect of interlayer on the stress distribution, the zero-deflection design for typical duplex-layer thermal barrier coating-based system, and the edge effect on the residual stress distribution. These topics could provide some insights into the development of a fail-safe design methodology for high-temperature coating systems.