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。     

铌合金表面硅化物涂层热震行为研究

为提高铌合金高温抗氧化性能, 采用复合包渗法在Nb521合金表面制备了以MoSi2为主体的硅化物涂层, 对涂层进行了室温～1650 ℃热震试验, 利用XRD, SEM, EDS以及EPMA等检测手段对热震前后涂层组织结构变化进行了分析, 观察了裂纹扩展过程.结果表明: 涂层室温～1650 ℃有效抗热震次数可达600次; 热震过程中, 元素扩散导致涂层组织结构发生明显改变; Nb5Si3低硅化物层的产生对裂纹扩展有重要影响.     

熔盐法制备C/C复合材料表面MoSi_2-SiC涂层的结构与性能

采用两步熔盐法于900~1 000℃下在C/C复合材料表面制备MoSi_2-SiC复合涂层,即在含仲钼酸铵的熔盐中制备Mo_2C涂层,然后通过熔盐渗硅生成MoSi_2-SiC复合涂层。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)与能谱分析(EDS)等方式研究涂层的组织结构,并测试涂层在1 500℃下的抗氧化性能和抗热震性能。同时对涂层氧化后的组织结构进行分析。结果表明:复合涂层主要由MoSi_2和SiC两相组成,涂层与C/C基体结合处仅有少量未反应的Mo_2C。涂层整体致密,与基体结合良好,均匀地包覆整个基体表面,厚度约为100μm。涂层样品在1 500℃的静态空气中氧化42 h后,涂层表面仍保持完整,质量损失率仅为2.79%。1 500℃下经历30次热震实验后,样品的质量损失率为1.96%,涂层具有良好的抗氧化和抗热震性能。     

料浆涂覆法制备W-Si-ZrO_2-Y_2O_3高温抗氧化涂层的组织与高温氧化行为

采用料浆涂覆和多步反应烧结工艺在难熔钨合金表面制备W-Si-ZrO_2-Y2O3高温抗氧化陶瓷复合涂层,对涂层的成分、组织特征及1 700℃下的抗氧化性能进行分析。结果表明,在反应烧结过程中涂层形成了以WSi2为主体,ZrO_2和Y2O3均匀分布的多相陶瓷复合结构,涂层与基体形成良好的冶金结合。涂层在1 700℃空气环境中具有良好的抗氧化性能,高温下其表面生成光滑致密的Si O2玻璃膜,有效抗氧化寿命达14 h。     

料浆烧结法制备改性Si-Cr-Fe高温抗氧化涂层的研究

采用料浆法在铌合金表面制备了Ge改性的Si—Cr-Fe系高温抗氧化涂层，分析了涂层氧化前后的表面和截面形貌、组织成分、相的分布等。将两次加涂后的涂层与一次加涂后的涂层形貌、组织和抗氧化性能进行了对比。结果表明：C-103铌合金表面的Si—Cr-Fe料浆熔烧涂层中，主体层是较致密的复杂硅化物相（Cr，Fe，Ge，Nb）Si2；扩散过渡层是致密的（Cr，Fe，Ge，Nb）5Si3相和少量（Cr，Fe，Ge，Nb）Si2的混合物；二次熔烧的涂层比加涂一次的涂层系统表面组织较均匀、致密，具有更宽的过渡层，对提高涂层的高温抗氧化性能有利；过渡层可有效阻止裂纹的进一步扩展，从而提高涂层的高温抗氧化性能。     

C/C复合材料中高温抗氧化涂层的性能

制备了适用于工作温度高于1273K的C/C复合材料抗氧化涂层,它由SiO2、SiC和ZrAlCrY系陶瓷相构成。测量了氧-乙炔焰灼烧5、10、15、20s后涂层试样的质量损失,其平均质量损失率为7.91×10-4g/(cm2·min);涂层试样2h内经过10次室温至1273K急冷急热循环后质量损失率为13.9%,涂层基本完好,说明涂层在1273K以上的高温环境下具有良好的抗氧化性能,但其抗热震性能较中温涂层有所降低。同时对陶瓷粉末粒径对涂层性能的影响进行了研究,得出用较小粒径原料粉末制备的陶瓷涂层的抗氧化性能和抗热震性能较好。该种涂层适合于高温环境下不要求多次重复使用的C/C复合材料的抗氧化保护。     

Si 元素对 CoCrAlY 涂层组织及性能的影响

在GH907基体上制备了三种不同Si含量的CoCrAlY合金涂层,对800℃涂层耐75%Na_2SO_4+25%NaCl熔盐腐蚀性能进行了测试分析,研究了1050℃下,Si元素对涂层抗氧化性能的影响,测定了不同Si含量涂层的抗热震性能。对实验条件下涂层的氧化产物、腐蚀产物及显微形貌进行了测定分析。研究结果表明:Si元素在高温下通过促使涂层表面Al_2O_3膜的形成提高涂层抗高温氧化及抗热盐腐蚀性能,但是过高的Si含量使涂层表面氧化膜破裂,使抗高温氧化性能下降。     

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。     

回火温度对中碳合金钢4Cr5MoSiV1Nb组织和性能的影响

 为了优化合金性能，研究了回火温度对中碳合金钢4Cr5MoSiV1Nb组织和性能的影响。试验结果表明，4Cr5MoSiV1Nb合金钢的二次硬化温度区间为300～550 ℃，峰值出现在550 ℃，此时硬度值为56.3HRC，同时伴有冲击韧性的显著降低，冲击韧性降低的原因是合金钢回火时含铬铬的细短棒状合金渗碳体在晶界析出，可以推测减少淬火合金钢中铬的偏析将会减少晶界析出，提高冲击韧性。微量铌的加入形成了（V，Nb）C强化相颗粒。合金在250～350 ℃回火综合性能最佳，可以达到冲击韧性15 J/cm2、硬度55HRC以上。     

新型铌钨合金国家军用标准的制定

<正>铌钨合金是近年来新兴的航天发动机材料。本文介绍宁夏东方钽业股份有限公司起草、制定《航天发动机用铌钨合金高温抗氧化涂层国家军用规范》的制定背景、制定原则以及必要性,并对其中关键内容进行解读。新型高温高比铌合金—铌钨合金,与前苏联5BМЦ、F-48等合金一样,同属Nb-W-Mo系合金,具有高熔点(2630℃)、密度适中(8.9g/cm3)、高温强度好(1600℃时,σb≥100MPa)的优点,同时还具有良好的加工性能和焊     

等离子喷涂La_(0.8)Ca_(0.2)CrO_3高发射率涂层研究

本文以氧化镧、氧化钙、氧化铬为原料,按分子式La0.8Ca0.2Cr O3进行配料,球磨后,采用固相合成法制备原始粉末,再经喷雾干燥处理,将其制备成团聚体粉末,并将粉末粒度分布范围控制在20~60μm,采用等离子喷涂法在高温合金基体表面制备高发射率涂层。采用IRE-2型红外辐射仪对其全波段发射率进行了测试,利用XRD对涂层的相结构进行了分析,并对涂层的金相、结合强度及抗热震性能进行了测试。结果表明,所制备的La0.8Ca0.2Cr O3涂层结合强度为21MPa,孔隙率为14.8%,在600~800℃高温范围内,其全波段发射率可达0.87~0.88,同时,该涂层试样经1100℃~室温水热震10次后没有发生剥落失效现象,涂层具有良好的抗热震性能。     

钼合金表面Zr和B_4C反应烧结制备陶瓷涂层

以Zr和B_4C等粉末为原料,采用喷涂和反应烧结方法在钼合金表面形成陶瓷涂层,研究反应烧结工艺对涂层表面形貌、相组成和相结构的影响,再通过硅扩散反应形成抗氧化涂层,研究抗氧化涂层对钼合金在1 500℃静态抗氧化行为的影响。结果表明:钼合金表面Zr-B_4C在1 700℃反应烧结2h形成多孔陶瓷结构,烧结产物主要含ZrC及少量的Mo_2C和MoB等物相。涂层在1 500℃抗氧化寿命达10h以上,1 500℃氧化1 h,质量增加速率为1.175 mg/cm~2。     

Al2O3 含量对 YSZ 热障涂层性能的影响

Al_2O_3等氧化物对YSZ热障涂层的高温使用性能有一定的影响。本文用HVOF喷涂Ni Co Cr Al Y合金粘结层,APS喷涂YSZ陶瓷面层,制备了Al_2O_3含量为0.01~0.64wt%的YSZ涂层。比较了不同Al_2O_3含量的YSZ涂层在1100℃下的热震性能和抗烧结性能,并探讨Al_2O_3对涂层的影响机理。结果表明相较于高纯YSZ涂层,随着涂层中Al_2O_3含量升高,涂层的抗热震性能降低,且Al_2O_3促进YSZ涂层的烧结。Al_2O_3含量在小于0.01wt%-0.12wt%区间内时,对涂层抗热震和抗烧结性能有显著影响,含量继续增加至0.64%时,对性能影响减缓。显微组织观察与EDS检测结果表明涂层中Al_2O_3并未在熔融颗粒界面处偏聚,但在颗粒内部有局部偏析。由此推测,含Al_2O_3的YSZ涂层热震失效的原因可能是Al_2O_3在YSZ颗粒内部偏析,并影响涂层的烧结性能,导致裂纹容易萌生和扩展。     

Ta 含量对 NiCoCrAlY 涂层性能的影响

采用真空雾化的方法制备了Ta含量为0、2%及5%的NiCoCrAlYTa合金粉末,利用超音速火焰喷涂制备了三种涂层,研究了Ta对合金粉末微观组织及物相的影响,绘制了1050℃条件下涂层的高温氧化动力学曲线,研究了500h氧化试验后涂层组织和β相的分布,初步探讨了Ta元素对改善涂层抗氧化性能的作用机理。研究结果表明:Ta通过提高MCrAlY体系抗氧化元素的溶质浓度,促进了氧化膜的形成,随着Ta含量的增加,涂层的内氧化程度降低,涂层抗氧化性能提高。但含Ta涂层在长时间氧化条件下会生成CrTaO_4、AlTaO_4等尖晶石类氧化物,且Ta的氧化物PBR值较大,对涂层的抗热震性能不利。     

TiB_2-50Ni金属陶瓷热喷涂层抗热震性能研究

采用超音速火焰喷涂技术在不同丙烷流量下制备了3种TiB_2-50Ni金属陶瓷涂层,并采用水淬法将3种TiB_2-50Ni涂层在600和800℃条件下进行热震试验。通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对在不同条件下热震后的涂层进行表面和截面形貌观察及物相结构分析。研究结果表明,在600℃热震条件下,随着热震次数的增加,不同丙烷流量制备的3种涂层的裂纹扩展更为严重,且在热震循环次数为150次时,3种涂层表面和截面中均出现了扩展较为严重的交叉裂纹。在800℃热震条件下,3种涂层热震失效的热震循环次数明显减少,并且涂层的表面和截面产生的裂纹更长更宽。通过3种涂层的热震试验进一步发现,随着丙烷流量的增加,涂层的抗热震性能逐渐降低,其中以No.3涂层(丙烷流量为42 L·min~(-1))抗热震性能最差。通过对3种涂层热震后的XRD分析发现,3种涂层热震后的主要物相为TiB_2和Ni两相,且随着在600℃热震循环次数的增加和热震温度的增加(800℃),涂层热震后产生的氧化物含量逐渐增多。     

NbW合金在600～900℃温度下氧化行为研究

铌合金抗腐蚀性能好,在高温下能保持很高的强度和良好的加工性能,但在低温下易于在表面生成氧化物,使其使用性能受到影响.为了研究铌钨合金在低氧环境中的抗氧化性能,在20×10-6低氧环境中对NbW合金在600～900℃下进行了氧化试验,采用SEM、XRD技术对合金表面氧化膜形貌及物质组成进行了研究.结果表明:600℃氧化时...     

CeO2对不锈钢基SiO2-BaO-Al2O3-Cr2O3陶瓷涂层性能的影响

采用高温熔烧法于1Cr18Ni9Ti不锈钢基材表面制备掺CeO2的SiO2-BaO-Al2O3-Cr2O3陶瓷涂层,研究了不同含量CeO2对涂层的抗氧化性、抗热震性和硬度的影响。研究结果表明,含CeO2的不锈钢基SiO2-BaO-Al2O3-Cr2O3陶瓷涂层能有效阻止不锈钢基体的氧化增重,提高涂层的抗热震性能及硬度。本实验条件下,CeO2含量2.8%时,涂层具有最好的抗氧化性能和抗热震性能。     

Ti-6Al-7Nb钛合金热加工与热处理工艺研究

研究了Ti-6Al-7Nb合金不同热加工与热处理工艺引起的显微组织和力学性能变化，探讨该合金组织变化的特点和性能变化的内在规律。结果表明，在工业化生产条件下，Nb元素添加采用铌钛中间合金，选用适宜的铸锭熔炼工艺参数，可以获得成分均匀、无富Nb偏析的优质铸锭。在两相区锻造或轧制后坯料在700℃～800℃范围内退火，合金组织与性能均能满足ASTM和ISO标准要求。     

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。     

转炉烟道电弧超音速喷涂涂层性能分析试验

针对转炉烟道的工况及失效形式,为提高烟道的使用寿命,设计了一种电弧超音速喷涂工艺制备的以镍铬合金为主的3层复合涂层,金相观察、显微硬度分析、高温氧化试验及抗热震性能测试表明,复合涂层与基体结合强度高,耐磨耐蚀性能优良。