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.     

等离子喷涂Al2O3与ZrO2复合热障涂层的高温性能

采用等离子喷涂(PS)方法，在GH536高温合金基材上制备了传统的双层热障涂层(TBCs)和2种含有Al2O3与ZrO2陶瓷复合层的3层热障涂层。传统TBC8结构为Ni22Cr10AlY合金连接层和8％Y2O3部分稳定的ZrO2(8YPSZ)陶瓷顶层；3层TBCs中分别采用置于8YPSZ陶瓷层内层及外层的Al2O3与8YPSZ复合层。3种类型试样的100h。1050℃静态氧化试验及1050℃热震试验结果表明：3层涂层较双层涂层的氧化阻力提高，双层涂层的热震阻力最佳，氧化阻力最差。不同复合层形式试样的热振失效方式和寿命也有差别，复合层置于陶瓷层外层热震寿命略高，但100h氧化增重有明显提高，抗氧化性降低。     

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。     

Al/Cr复合涂层对Ti2AlNb合金抗热腐蚀性能的影响

目的改善Ti2AlNb合金在高温腐蚀盐环境中的耐热腐蚀性能。方法在Ti2AlNb合金表面通过双层辉光等离子渗铬及磁控溅射镀铝技术制备Al/Cr复合涂层,分析涂层热腐蚀前后的微观形貌和物相组成,并探究涂覆Na2SO4盐膜的试样在不同温度下(750、850、950℃)的热腐蚀行为。结果Al/Cr复合涂层组织均匀致密,且与基体结合良好,厚度约73μm,由表及里依次由Al沉积层、Al/Cr合金层、Cr沉积层、Cr扩散层四部分组成。经不同温度Na2SO4盐热腐蚀后,Al/Cr复合涂层腐蚀程度均显著小于合金基体。涂层试样经750~850℃Na2SO4盐热腐蚀后质量变化较小,850℃腐蚀增重仅0.525 mg/cm^2,而经历950℃、40 h熔盐热腐蚀后失重达到73.571 mg/cm^2,且试样截面出现剥离、脱落现象,Al/Cr复合涂层抵抗热腐蚀能力减弱。结论具有涂层保护的试样抗热腐蚀性能明显优于合金基体。Al/Cr复合涂层在750~850℃Na2SO4盐环境中具有良好的热腐蚀抗力,而更高温度段(850~950℃)的热腐蚀抗力下降。Al/Cr复合涂层在Na2SO4盐环境中良好的抗热腐蚀性得益于涂层中Al、Cr元素氧化形成以Al2O3、Cr2O3为主的混合氧化膜,有效阻碍外界氧气及腐蚀性介质侵入基体。     

等离子喷涂CoNiCrAlY+(ZrO2+Y2O3)涂层在TiAl合金表面的应用

用等离子喷涂法在TiAl合金基体表面依次喷涂CoNiCrAlY涂层和(ZrO2 Y2O3)陶瓷障涂层，对处理后的TiAl合金进行高温氧化试验，结果表明，其高温抗氧化能力提高．并用XRD、SEM检测了试样的金相组织、结果及形貌。     

Y_2O_3改性细晶Ni_3Al合金涂层在900℃下的循环氧化性能

将Ni-Al和Ni-Al/Y2O3复合镀层分别在800°C下扩散3h制备纯Ni3Al和Y2O3改性的Ni3Al合金涂层,对其显微组织和氧化性能进行对比研究。SEM/EDAX和TEM分析表明,涂层中Y2O3的加入抑制了合金化过程中基体晶粒的长大。在900°C下循环氧化100h的结果表明,Y2O3的加入明显提高了Ni3Al合金涂层的抗循环氧化性能。对Y2O3影响Ni3Al涂层的结构和氧化性能的机理进行了分析。     

热喷涂NiCr／纳米（ZrO2＋8％Y2O3）梯度涂层的性能研究

针对陶瓷涂层与基体结合强度低、易产生裂纹和剥落的现象,进行了抗高温氧化耐磨损梯度涂层的设计.采用热喷涂技术在45钢基体表面制备由面层[纳米(ZrO2 8%Y2O3)]和中间层(NiCr)组成的梯度涂层,利用扫描电镜(SEM)、测定结合强度、测定显微硬度、X射线衍射等方法研究涂层的性能.结果表明:NiCr/纳米(ZrO2 8%Y2O3)梯度涂层显微组织结构致密,与NiCr合金涂层和纳米(ZrO2 8%Y2O3)陶瓷涂层相比,具有更优良的力学性能;梯度涂层的面层有利于提高基体的耐高温、耐磨损性能,而中间层则有利于改善基体的抗高温氧化性能.     

爆炸喷涂制备NiCrAlY/NiAl/ZrO2-Y2O3体系热障涂层

为了提高热障涂层的高温抗氧化性，采用爆炸喷涂技术在M22合金上制备了Ni-25Cr-5Al—0．5Y／Ni-50Al/ZrO2—8Y2O3(质量分数，％)体系的热障涂层．喷涂态Ni-50Al(NiAl)扩散阻挡层由δ-Ni2Al3，3-NiAl和NiAl3组成．对该涂层进行1050，1100和1150℃下的等温氧化，研究了NiAl层对氧化膜生长机制的影响．结果表明，NiCrAlY／NiAl／YSZ体系的氧化增重明显小于双层结构热障涂层的，其氧化动力学在1050和1100℃下符合四次方规律，在1150℃下符合抛物线规律，NiAl层有阻碍粘结层元素向外扩散、促进以Al2O3为主的氧化膜形成的作用．     

TiAl合金等离子喷涂CoNiCrAlY+(ZrO2+Y2O3)涂层性能的研究

利用等离子喷涂法在TiAl合金基体表面依次喷涂结合紧密的过渡CoNiCrAlY涂层和(ZrO2 Y2O3)的陶瓷热障涂层，并进行高温氧化试验。用XRD、SEM检测了试样的显微组织、结构及形貌，结果表明，经等离子喷涂处理后TiAl合金表面形成陶瓷热障涂层且与基体结合紧密；过渡层的硬度有所增大，表面陶瓷层的硬度显著增高，耐磨性能提高；进行850℃和1000℃高温静态氧化试验，TiAl合金表面高温抗氧化能力也显著提高。     

Al2O3对等离子喷涂热障涂层高温氧化及热震性能的影响

采用等离子喷涂 (PS)在GH5 36高温合金基材上制备了典型的双层热障涂层 (TBCs)和两种分别加入了Al2 O3 陶瓷成分的复合热障涂层。典型的TBCs采用Ni2 2Cr10AlY连接层与 8%Y2 O3 稳定的 (8YPSZ)顶层的双层结构 ;多层涂层分别采用Al2 O3 与Ni2 2Cr10AlY复合的连接层和Al2 O3 与 8YPSZ复合的顶层。3种类型试样的10 0h ,10 0 0℃静态氧化及 10 5 0℃热震试验的结果分析表明 :8YPSZ Al2 O3 的复合氧障层具有最佳的氧化阻力 ;Ni2 2Cr10AlY 8YPSZ双层涂层的热震阻力最佳 ,氧化阻力最差 ;连接层采用Ni2 2Cr10AlY Al2 O3 复合涂层具有热震和静态氧化条件下综合优良的高温热循环性能     

Al2O3/ZrO2(Y2O3)复合材料的可靠性、磨损形态及其切削耐用度

研究了Al2O3和Al2O3/ZrO2(Y2O3)复合刀具材料的Weibull分布、磨损形态及其切削耐用度。用一元线性回归方法确定Al2O3/ZrO2(Y2O3)刀具的耐用度参数,分析切削条件对Al2O3/ZrO2(Y2O3)复合刀具材料寿命的影响。结果表明:Al2O3和含2%(摩尔分数)及3%Y2O3的ZrO2/Al2O3(Al2O3/ZrO2(2Y)及Al2O3/ZrO2(3Y))复合刀具材料Weibull模数的m值分别是5.6、10.2和11.7,说明Al2O3/ZrO2(3Y)陶瓷的可靠性最优;Al2O3/ZrO2(3Y)复合刀具切削40CrMoNiA合金钢的磨损形态主要来自磨粒磨损和粘结磨损,耐用度参数vc、f、ap的指数值分别为1.3、1.69和0.66,陶瓷刀具更适合高速切削,最大影响因素是进给量(f),在最佳切削条件下(vc=140 m/min,ap=0.5 mm和f=0.3 mm/r)切削耐用度为3 h。     

纳米化对M951合金高温氧化性能的影响

采用磁控溅射的方法在M951铸造合金表面制备了相同成分的纳米晶涂层,研究了涂层在1 000℃和1 100℃空气中的恒温氧化行为及在1 000℃空气中的循环氧化行为,并与粗晶合金进行了对比。同时利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDX)和透射电子显微镜(TEM)对合金及涂层样品氧化前后的微观形貌及相组成进行了分析。结果表明:1 000℃恒温氧化后合金表面形成了连续的以Al2O3为主的氧化膜;1 000℃循环氧化及1 100℃恒温氧化后合金表面氧化物分层,外层为NiAl2O4,内层为Al2O3,合金中形成了富Nb的内氧化物,氧化膜发生明显开裂和剥落。而在上述所有试验条件下,纳米晶涂层表面都形成了薄而连续且粘附性好的α-Al2O3保护性氧化膜。纳米化促进了M951合金表面以Al2O3为主的氧化膜的形成,增强了氧化膜的粘附性,显著提高了合金的抗氧化性能。     

Al2O3/ZrO2(Y2O3)复合材料断裂过程中的相变及力学性能

用真空烧结方法制备了Al2O3/ZrO2(Y2O3)复合材料,分析了ZrO2(3Y)和ZrO2(2Y)含量对Al2O3基陶瓷抗弯强度、断裂韧性的影响.用XRD定量分析了含摩尔分数2%与3%Y2O3的ZrO2(2Y)与ZrO2(BY)在断裂过程中四方相转变成单斜相的相变量,用以阐明增韧机制.结果表明,在ZrO2含量为15%(体积分数)时,Al2O3/ZrO2(3Y)和Al2O3/ZrO2(2Y)复合材料的抗弯强度、断裂韧性分别达到825MPa,7.8MPa·m1/2和738MPa,6.7MPa·m1/2,两者的性能差异主要来自不同的增韧机制.     

电热爆炸喷涂NiAl涂层的热循环氧化行为

采用电热爆炸喷涂法在DZ125高温合金表面制备了NiAl涂层,研究了该涂层1050℃下的循环氧化行为.利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和显微硬度计对热循环后的试样进行了分析.结果表明.所制备的NiAl涂层致密、晶粒细小、与基体结合良好.涂层在1050℃热循环后其表面生成了致密的Al2O3氧化层,这层Al2O3保护膜能阻止氧向内扩散,减缓内层的氧化速率,从而起到了保护基体的作用.经热循环后,基体与涂层的硬度均有所降低.     

等离子喷涂 NiCoCrAlY / Al2 O3 高温固体润滑耐磨涂层的抗氧化性能研究

目的研究等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3高温固体润滑耐磨涂层在850℃时的高温抗氧化性能和抗氧化机理。方法采用喷雾造粒、化工冶金包覆技术制备NiCoCrAlY/Al2O3复合粉体,并采用等离子喷涂技术在45#钢表面制备NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层。采用SEM和XRD研究粉体和涂层的显微结构和物相组成,并采用马弗炉研究复合涂层在850℃的恒温氧化动力学曲线,通过研究氧化96 h以后涂层表面的组织形貌,探讨NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层的抗氧化机理。结果 NiCoCrAlY合金层均匀致密地包覆在Al2O3颗粒的表面,包覆层厚度约为3~5μm。复合粉体的主要组成为Al2O3相和NiCoCrAlY合金相,没有其他杂质相的存在。等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层氧化动力学曲线分为大斜率直线、抛物线和系数几乎为0的抛物线等3个阶段。氧化96 h以后,涂层的氧化质量增量为4.9 mg/cm2左右,表面形成了一层连续的氧化物保护膜,经EDX分析,氧化膜层主要由Al,O,Cr和Ni组成。结论等离子喷涂NiCoCrAlY/Al2O3复合涂层具有良好的高温抗氧化性能,涂层中Ni,Cr,Al的氧化以及硬质相Al2O3的加入是涂层抗氧化的主要原因。     

SiO2涂层对TiAl基合金抗高温氧化性能的影响

采用SiO2溶胶-凝胶-旋涂法对TiAl基合金表面进行涂膜。900℃循环氧化测试结果表明,TiAl基合金经SiO2溶胶两次涂膜并热处理后,其抗高温氧化性能得到了显著提高,未涂膜试样氧化一个循环（8h）后增重2.333mg/cm^2,涂膜热处理试样氧化40个循环（320h）增重仅为0.6071mg/cm^2。XRD和SEM对试样表层的组织结构分析及形貌观察表明,涂层主要由SiO2、Al2O3、Ti5Si3、TiSi2和Ti2Al构成,由表及里分别为SiO2层-Al2O3层-Al2O3＋钛硅化合物层-Ti2Al层-TiAl片层组织基体。     

Al2O3-TiO2复相陶瓷涂层在动态LBE中的耐腐蚀行为

目的分析研究Al_2O_3-TiO_2复相陶瓷涂层在高温流动铅铋合金中的耐腐蚀行为。方法以纯Ti粉末、Fe Al粉末、CrFe粉末为原料制得复合粉末,在CLAM钢基材表面上采用热喷涂-激光原位合成复合工艺制备了Al_2O_3-TiO_2复相陶瓷涂层。试样在500℃,流速为0.3 m/s的液态铅铋合金中进行了时长1000 h的动态腐蚀实验,分别采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等分析测试手段对涂层试样在动态LBE中的耐腐蚀行为进行了研究表征。结果在CLAM钢基材表面制备的Al_2O_3-TiO_2复相陶瓷涂层表面形貌整体较腐蚀前仍保持完好,涂层物相成分保持稳定,截面分析显示铅铋合金在腐蚀过程在涂层中未见渗透;而没有涂层保护的CLAM钢基材在腐蚀后表面发生明显的氧化腐蚀现象,生成结构疏松的Fe3O4氧化层,铅铋合金在氧化层中有扩散分布。结论通过火焰热喷涂-激光原位合成复合工艺在CLAM钢表面制备得到的Al_2O_3-TiO_2复相陶瓷涂层在高温流动的铅铋合金腐蚀条件下组织结构稳定,具有良好的适用性,能有效地阻止高温流动铅铋合金对CLAM钢基体材料的腐蚀。     

Au/Al_2O_3层状复合纳米涂层的制备及其抗氧化性能(英文)

采用磁控溅射法成功制备Al2O3/Au层状复合纳米涂层,所制备的涂层结构致密且由Al2O3层和Au层交替组成。采用高温循环氧化实验对复合涂层在不锈钢基体上的高温抗氧化性能进行分析评价。结果表明:Al2O3/Au层状复合纳米涂层极大地改善不锈钢基体的抗氧化和抗剥落性能。其抗氧化机理与涂层能够有效地抑制氧向合金基体的扩散并促进不锈钢基体中Cr元素的选择性氧化有关;抗剥落机理可归因于复合涂层中的Au层和纳米结构的Al2O3层能够有效地松弛高温热循环过程中产生的热应力,从而提高涂层的抗剥落性能。     

Fe20Cr4.5Al微晶和含Y2O3弥散氧化物微晶涂层的高温氧化性能

采用自行研制的高频电脉冲沉积(HFESD)设备在Fe20Cr4.5Al合金表面分别制备了Fe20Cr4.5Al微晶涂层与Fe20Cr4.5Al-Y2O3弥散氧化物微晶涂层.在1000℃和1100℃静态空气中,对合金基体和施加涂层试样进行了200 h的恒温氧化实验.结果表明在两种实验温度条件下,含有Y2O3弥散氧化物颗粒的微晶涂层,完全消除了Al2O3氧化膜中的凸脊,细化了氧化膜的晶粒,抑制了氧化膜的剥落,大大地提高了氧化膜的致密性和粘附性.单一的微晶涂层则部分抑制了凸脊状氧化膜的形成,氧化膜由脊状氧化物和细晶氧化物混杂组成.涂层对氧化增重的影响则与氧化温度-氧化膜的生长速率有关,在1000℃下,涂层试样的氧化增重均有所降低,其中弥散氧化物微晶涂层试样的氧化增重最低;在1100℃下,施加微晶涂层和弥散氧化物涂层对氧化增重影响很小.微晶和Y2O3弥散氧化物颗粒在提高Al2O3氧化膜保护性方面具有"协同效应".     

溶胶-凝胶法制备Al2O3-ZrO2微叠涂层及其抗高温氧化行为

采用溶胶-凝胶(sol-gel)法在不锈钢表面制备Al2O3-ZrO2微叠涂层.微观组织形貌表明,涂层表面平整,厚度均匀,经过8次提拉及后续热处理获得的总厚度约为150 nm.高温氧化结果表明,所制备的Al2O3-ZrO2微叠涂层能够结合ZrO2涂层与金属基体热匹配性能好以及Al2O3涂层的氧扩散系数低的优点,表现出比二者更好的综合抗高温氧化及抗剥落性能.此外,Al2O3层和ZrO2层的排列组合模式对Al2O3-ZrO2微叠涂层的抗高温氧化性能也产生一定的影响,对于总层数和组分层数相同的体系,相邻氧阻挡层的厚度越大,微叠涂层的抗高温氧化性能越好.