C/SiC复合材料表面抗氧化涂层的制备与性能表征

为了提高航空发动机用C/SiC复合材料抗氧化性能,采用溶胶-凝胶法合成了Ba_0.25Sr_0.75Al₂Si₂O₈粉末,利用等离子喷涂技术在C/SiC复合材料表面制备了Si/莫来石/Ba_0.25Sr_0.75Al₂Si₂O₈复合涂层;利用X射线衍射仪、扫描电镜等测试手段分析涂层的物相组成和涂层表面及截面的微观形貌;测试了涂层在1 000 ℃大气条件下的抗氧化性能。结果表明:1 000 ℃下氧化5 h,无涂层C/SiC复合材料基体失重率为30.8%,具有Si/莫来石/Ba_0.25Sr_0.75Al₂Si₂O₈复合涂层的C/SiC复合材料基体失重率为16.0%,表明Si/莫来石/Ba_0.25Sr_0.75Al₂Si₂O₈复合涂层能有效提高C/SiC复合材料的高温抗氧化性能。     

钼合金双层结构MoSi2涂层的制备与组织性能

采用料浆烧结法在TZM钼合金表面制备Mo层,再通过包埋渗法制得双层结构的MoSi₂厚涂层。利用内热法在大气环境下测试了钼合金Si-Mo涂层在1 600 ℃下的高温抗氧化性能。结果表明,涂层由多孔MoSi₂外层和致密MoSi₂内层组成,Mo粉细化对涂层组织致密化和高温抗氧化性能提升有益,平均粒度9.8 μm和2.2 μm的Mo粉制备的涂层在1 600 ℃下的高温抗氧化寿命分别为5.1 h和14.8 h,高温氧化后涂层结构转变为SiO₂氧化层-多孔MoSi₂层-致密层-Mo₅Si₃层。随着氧化持续进行,SiO₂层和Mo₅Si₃层不断增厚,而MoSi₂层持续减薄并转化为Mo₅Si₃,硅元素的持续贫化导致涂层最终失效。     

钛合金基体/含纳米Ni粉陶瓷涂层界面反应的研究

采用涂料流涂法在钛合金表面制备了含纳米镍粉的高温陶瓷涂层。通过金相观察、扫描电镜以及能谱分析, 研究了真空热处理对含纳米Ni粉高温陶瓷涂层组织结构的影响, 讨论了钛合金基体/含纳米Ni粉陶瓷涂层界面元素的扩散规律。结果表明, 在900 ℃下, 涂层中主要元素Si向金属基体扩散, 而基体中的Ti元素向涂层扩散, 在涂层一侧的界面处形成Ti₅Si₃化合物层; 同时涂层中的Al元素向金属基体扩散, 在基体一侧的界面处形成Ti₃Al化合物层; 并随着扩散时间的延长, 界面处两中间化合物层增厚。     

增强体表面镀钛对SiCP/Al2014复合材料组织和性能的影响

为了提高SiC_P/Al2014复合材料的界面结合强度,分别采用盐浴法和真空微蒸发法对SiC_P进行表面镀钛处理,并通过热压烧结+热挤压工艺制备了SiC_P增强Al2014复合材料(10%SiC_P/Al2014),研究了SiC_P表面镀钛对SiC_P/Al2014复合材料微观组织、抗拉强度和耐磨性能的影响。结果表明:经过表面镀钛处理后,SiC_P表面均形成了TiC+Ti₅Si₃的化合物层,使复合材料中SiC_P与铝基体的界面结合由物理缩合转化为化学结合,故改善了SiC_P与铝基体的润湿性,减少了界面缺陷,从而提高了界面结合强度。盐浴镀钛和微蒸发镀钛10%SiC_P/Al2014复合材料的拉伸强度(407 MPa和394 MPa)相比未镀钛10%SiC_P/Al2014复合材料分别提升了12.1%和8.0%,磨损量分别降低了5...     

基体温度对悬浮液等离子喷涂TiO2涂层性能的影响

采用悬浮液等离子喷涂技术(SPS),在不同基体温度下成功地制备了TiO₂涂层。通过研究基体温度对TiO₂涂层光催化性能及机械性能的影响,探究适合TiO₂光催化涂层的最佳基体温度。通过场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、同步热分析仪、紫外-可见光谱仪等,对TiO₂涂层微观形貌、物相组成、光吸收性能进行了详细分析;通过光催化测试、结合强度测试和划痕测试,深入研究了基体温度对涂层光催化性能及机械性能的影响。研究结果表明：随着基体温度由250℃降到110℃,涂层的锐钛矿含量逐渐增加了15%,间接带间隙减小了0.5 eV,同时可见光吸收强度显著提高;在可见光照射下,亚甲基蓝去除率增加了11%;随着基体温度的降低,涂层的机械性能有所减弱,结合强度降低了12.28 MPa,划痕试验的正常临界载荷减小1.77 N。该研究为选择TiO₂光催化涂层最佳基体温度提供了重要依据。     

钛铁矿精矿碳热还原制取碳氧化钛（TiCxO1-x）物相演化机理研究

基于 USTB 工艺,以广西某钛业公司的浮选钛铁矿精矿为研究对象,研究钛铁矿精矿直接碳热还原制 取碳氧化钛（TiC_xO_1-x）机理和物相变化过程。采用 XRD、SEM-EDS 和 HSC 热力学软件对碳热还原产物及反应过程 进行分析,结果表明：随着碳配比量的增加,还原过程物相主要为：FeTi₂O₅、Ti₂O₃、Fe、TiO、TiC_xO_1-x、TiC;当石墨的配 比质量分数为 22.92%~26.61% 时,1 550 ℃氩气气氛下还原 4 h 可得到 TiCxO1-x;结合反应热力学和物相分析结果可 知,整个还原过程主要是固相 C 参与还原,CO 还原作用小,还原过程物相演化规律为：FeTiO₃→FeTi₂O₅→Ti₂O₃+Fe→ TiO+Fe→TiC _xO_1-x+Fe。在 1 550 ℃下,反应生成 TiC 过程主要是固相碳起还原作用,CO 无法起到还原作用;生成碳 氧化钛 TiC_xO_1-x的 ΔG 介于 TiC 和 TiO 之间,属于不完全还原状态,主要通过控制碳配比量在反应温度内即可还原 得到碳氧化钛。     

碳化物基耐磨损涂层的性能

采用等离子喷涂Cr3C2-30% NiCr和WC-12% Co碳化物复合粉末制备具有高硬度、耐磨损、抗氧化等优点的金属/陶瓷涂层,用SEM研究大气等离子喷涂球形Cr3C2-30% NiCr和WC-12% Co粉末等离子喷涂涂层的显微组织及其对涂层机械性能的影响.结果表明,球形Cr3C2-30% NiCr和WC-12% Co粉末等离子涂层结合强度和表面硬度达到较好水平,WC-12% Co涂层机械性能均优于Cr3C2-30% NiCr涂层.     

PS-PVD制备YSZ热障涂层抗熔盐腐蚀研究

为提高舰船燃气轮机上热障涂在海洋环境中层的工作寿命,研究了新型热障涂层在模拟海洋环境下的腐蚀性能。采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术,在已喷涂粘结层(NiCoCrAlY)的DZ40M高温合金基体上制备7YSZ陶瓷层,然后用Na₂SO₄(质量分数45%)+V₂O₅(质量分数55%)混合熔盐在1 050℃下对涂层进行腐蚀实验。利用场发射-扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪对涂层表面和截面的组织结构及1 050℃高温熔盐腐蚀后涂层的物相组织和熔盐渗透深度进行了分析。研究结果表明,硫酸盐与钒酸盐的混合盐对涂层中的TGO层破坏显著,t′-ZrO₂相变与TGO的生长是导致涂层脱落的主要原因。     

用金尾矿合成Ca-α-SiAlON/SiC粉体

以河南灵宝金矿尾矿为主要原料,配入适量硅砂和分析纯CaO调整组分,利用碳热还原氮化法合成Ca-α-SiAlON/SiC粉。结果表明：Ca-α-SiAlON的形成与体系温度及CaO掺量有关。随反应温度升高,反应产物依次为SiC、α-Si₃N₄、β-Si3N4和Ca-α-SiAlON,α-Si₃N₄、β-Si₃N₄和SiC是合成Ca-α-SiAlON的中间产物。在烧结温度为1 600 ℃,保温时间为5 h,CaO按化学计量（4.2%）配入的条件下,可获得良好的Ca-α-SiAlON和SiC复合产物,其中Ca-α-SiAlON相对比例约占72%,形貌为柱状晶。     

环境障涂层含钙镁水汽条件下热冲击行为

环境障涂层(EBC)在实际服役过程中不仅面临高温水汽环境,还会面临钙镁的腐蚀。对等离子喷涂的双硅酸镱EBC涂层进行了1 250℃、300次的含钙镁水汽热冲击考核试验,并进行了涂层微观组织分析。结果表明,考核后涂层表面生成了双层腐蚀结构,其中最外层主要受到了钙腐蚀,生成了明显的多相组织,且包含大孔洞等形貌,该区生成了(Yb/Ca)₂Si₂O₇、(Yb/Ca)₂SiO₅和(Ca/Yb)₂SiO₄多相组织;次表层则受到了以镁为主的钙镁离子共同腐蚀,也生成了多晶相(Yb/Mg/Ca)₂SiO₅和(Mg/Ca/Yb)₂SiO₄,组织相对致密。通过结合表面形貌、横截面组织、微观能谱成分和XRD相结构等分析方式,对EBC涂层在含钙镁水汽热冲击环境下的化学反应机制进行了分析,给出了涂层失效机理分析。     

钛与羟基磷灰石复合涂层的制备及其细胞相容性研究

使用等离子喷涂的方法以一定的加工工艺在钛合金(Ti-6Al-4V)表面制备钛与羟基磷灰石复合涂层,使用扫描电镜观察其表面形态及界面形态。将第3代比格犬骨髓间充质干细胞接种于与钛/羟基磷灰石复合涂层试样上,观察细胞形态、细胞黏附情况,采用CCK-8法检测其细胞毒性。结果显示复合涂层较为致密,涂层与基体结合紧密,表面、界面形貌良好。骨髓间充质干细胞形态正常,细胞黏附情况良好,CCK-8细胞毒性实验结果显示毒性分级为1级,无细胞毒性。     

激光织构对Fe基非晶合金涂层润湿性的影响研究

为提高页岩油气钻进过程中钻头表面的耐磨性能及防泥包性能,采用冷喷涂(CS)和超音速火焰喷涂(HVAF)技术在35CrMo钢基体上制备了Fe₄₈Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂非晶合金涂层,并利用紫外激光制备了涂层的疏水表面,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)测试分析了涂层的微观结构和力学性能,利用接触角测量仪表征涂层的润湿性,并分析其润湿机理。结果表明:利用CS技术制备的Fe基非晶合金涂层结构更加致密,非晶质量分数达到90%,且具有更好的热稳定性。激光过程中的熔融物快速冷却在涂层表面形成纳米尺寸级别的凝结物以及团聚物形成微纳复合结构,在激光扫描次数为7次时,CS涂层表面水接触角最高,具有良好的疏水性。     

NaCl辅助低温燃烧合成法制备AL2O3/Cu复合粉末的研究

运用OM、EBSD及TEM以及室温拉伸等方法研究了卷曲温度对含Nb微合金高强钢力学性能波动的影响。结果表明, 降低卷曲温度会诱发珠光体相变并且有利于第二相的析出, 有效阻碍动态再结晶过程, 从而减小再结晶对热轧头部样品与热轧中部样品力学性能波动的影响;将卷曲温度由873 K降至793 K时, 屈服强度波动值由69 MPa降至12 MPa, 抗拉强度波动值由70 MPa降至5 MPa。     

冷却方式对钛渣成分和物相的影响研究

应用化学分析、XRD、MLA对不同冷却方式处理的钛渣化学成分、物相及矿物组成进行了研究。结果表明, 不同冷却方式处理钛渣均会降低渣中Ti₂O₃含量, 且粒化渣中Ti₂O₃含量最少, 降幅达27.6%; 粒化渣中Fe₂O₃含量明显高于其它冷却渣, 表明粒化渣较其它冷却渣氧化程度高。冷却渣与现场渣主要矿物组成为铁黑钛石、硅酸盐玻璃相、少量金红石和残余金属铁, 钛渣经冷却处理会降低渣中铁黑钛石含量; 现场渣经水冷或空冷处理渣中金红石相无明显变化, 但经粒化处理渣中金红石相明显增加; XRD结果表明不同冷却方式处理的钛渣主要物相均为TiO₂和(FeMg)_xTi_yO₅, 但粒化渣中TiO₂主要是金红石型, 而水冷和空冷渣中TiO₂主要是锐钛型。     

硫酸氧钛水解法制备重晶石/二氧化钛复合粉

以重晶石微粉(化学成分BaSO₄)为基体,以硫酸氧钛为钛源,采用水解法制备重晶石/二氧化钛复合颜料粉体。结果表明:所制备的前驱体随着煅烧温度的提高,包覆层外层的二氧化钛由锐钛矿型向金红石型转化,硫酸钡中的SO₄2?对其接触的锐钛矿型二氧化钛向金红石型二氧化钛转化具有抑制作用;复合粉形成核壳结构,二氧化钛理论含量占复合粉质量为50%的重晶石/二氧化钛复合粉样品的蓝光白度达到94.70%,遮盖力为18.65 g/m2,吸油值为39.59 g/100 g,具有较好的颜料性能。      

热喷涂TiC-NiCr涂层的磨损行为及机理

采用超音速火焰喷涂工艺制备得到了新型TiC-30NiCr涂层,系统地表征分析了涂层的相结构、显微组织和摩擦磨损行为,并与传统的WC-CoCr涂层进行了耐磨损性能的比较。研究发现,热喷涂过程中TiC脱碳转变为了Ti8C5相,绝大部分Cr固溶于Ni相中。在往复摩擦过程中,单质态Cr在摩擦热作用下发生了氧化,同时有少量的氮化硅摩擦副的磨屑嵌入了Ni(Cr)粘结相中。在摩擦应力作用下,层片间疲劳裂纹的扩展、碳化钛和Ni(Cr)相界面的开裂是导致TiC-NiCr涂层发生大块材料剥落的主要原因。虽然与传统WC-CoCr涂层相比,制备的TiC-NiCr涂层的硬度和耐磨性均较低,但其在要求成本低、对环境有好、同时具有较好耐磨性的工况环境中将具有重要的应用前景。