钛表面改性Al/NiCu组合涂层反应机理及抗氧化性能

采用等离子结合电弧喷涂的工艺方法在工业纯钛表面制备了Al/Ni Cu组合涂层,在700℃的大气环境下对Al/Ni Cu/Ti试件进行加热处理,使得Al、Ni Cu复合涂层之间发生扩散反应并原位生成具有一定抗高温氧化性能的Ni-Al金属间化合物涂层。对加热改性处理前后涂层的微观组织及Ni-Al金属间化合物的形成机理进行了研究,并对经加热和打磨处理后的Al/Ni Cu/Ti试件及无防护涂层的Ti块进行了800℃/100 h的高温氧化试验。研究结果显示,Ti基体表面Al/Ni Cu涂层经700℃炉中加热改性处理后,Al、Ni Cu涂层间可发生扩散反应并原位生成Ni Al3、Cu Al2、Ni2Al3及含有一定Cu元素的Ni Al金属间化合物,但只有高熔点的Ni Al金属间化合物能够始终稳定地存在,且此金属间化合物对Ti基体起到了较好的高温防护作用。     

等离子原位合成Ni-Al金属间化合物涂层的组织与性能研究

利用等离子激发原位反应在碳钢表面合成了Ni—Al金属间化合物涂层。借助金相显微镜、扫描电镜、 X射线衍射仪和显微硬度计对涂层的组织和性能进行了研究。结果表明:当Ni和Al的质量百分比为4:1时,涂层与基体呈冶金结合,无裂纹和气孔等缺陷;涂层的主要组成相为Ni3Al和NiAl;涂层组织为细密的树枝晶;涂层的硬度高于基体,硬度可达630HV;涂层耐蚀性能良好。     

等离子原位合成Ni-Al金属间化合物涂层的组织与性能研究

利用等离子激发原位反应在碳钢表面合成了Ni-A1金属问化合物涂层。借助金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度计对涂层的组织和性能进行了研究。结果表明：当Ni和Al的质量百分比为4：1时，涂层与基体呈冶金结合，无裂纹和气孔等缺陷；涂层的主要组成相为NiAl和NiAl；涂层组织为细密的树枝晶；涂层的硬度高于基体，硬度可达630HV；涂层耐蚀性能良好。     

不同加热环境下钛表面Ni/Al涂层制备与高温氧化性

目的 研究大气与真空加热处理后Ni/Al涂层的金属间化合物析出规律,以及扩散层的生长速度,从而确定涂层的抗氧化性能。方法 分别采用电弧喷涂技术和等离子喷涂技术在纯钛基体表面制备Ni/Al涂层。将样品分别在大气条件和真空条件下进行加热处理,使Ni/Al涂层原位反应生成Ni-Al金属间化合物,并进行涂层抗氧化性试验。结果 Ni/Al涂层在大气环境700 ℃加热处理后,形成以Al2O3、Ni2Al3和富Al相NiAl3相为主的扩散层;在真空环境700 ℃加热处理后,形成以Ni2Al3、NiAl3相为主的扩散层。通过扩散反应动力学分析发现,真空热处理比大气热处理后Ni和Al之间的反应扩散系数更高,扩散系数为89.731 μm²/h。氧化增重试验表明,真空处理后,Ni/Al涂层由于金属间化合物层较厚,且具有大量的高熔点的Ni2Al3相,并且经过800 ℃下氧化200 h后,涂层未发生失效。结论 真空环境下加热处理原位反应后,Ni/Al复合涂层的扩散速率更高,更容易形成Ni-Al金属间化合物,获得更厚的金属间化合物层。与大气热处理相比,经过真空热处理后的涂层有更良好的抗高温氧化能力。     

316L表面制备Ni-Al系金属间化合物层的耐铅铋腐蚀性能

利用激光熔覆技术在316L不锈钢表面熔覆一层Ni60合金粉末,采用热喷涂技术在Ni60合金涂层表面制备纯Al涂层,再通过620 ℃×5 h高温扩散试验,使Ni60合金涂层和纯Al涂层中间生成Ni-Al金属间化合物。最后把制备有Ni60合金和Ni-Al金属间化合物涂层试样置于液态铅铋合金中进行400 ℃×500 h腐蚀试验。采用SEM,XRD对金属间化合物涂层腐蚀前后的表面、截面的形貌、物相组成及元素分布进行测试,分析Ni60合金涂层和金属间化合物涂层在400 ℃液态铅铋合金中的腐蚀情况。试验结果表明,经过高温扩散试验,试样表面生成了一层由Ni3Al,NiAl等组成的Ni-Al系金属间化合物;经过400 ℃液态铅铋合金腐蚀试验,Ni60合金涂层表面腐蚀较为严重,表面大量金属元素被氧化、溶解,在试样表面形成了不连续金属氧化物和腐蚀坑;Ni-Al金属间化合物涂层被氧化成为稳定的金属氧化物涂层,可以有效阻止Pb,Bi,O等元素渗透进入基体,提高316L的耐液态铅铋腐蚀性能。 创新点： 利用激光熔覆、热喷涂、高温扩散相结合的方法制备了金属间化合物,并研究了金属间化合物涂层在液态铅铋合金中的腐蚀情况。     

钛表面Al/NiCr复合涂层改性反应机理及抗氧化性能

目的 使Al/NiCr复合涂层之间发生改性反应,并原位生成具有一定抗氧化性能的Ni-Al金属间化合物防护涂层。方法 利用电弧喷涂结合等离子喷涂的工艺方法在工业纯钛表面制备了Al/NiCr组合涂层,对喷涂态Al/NiCr/Ti试件于炉中进行700 ℃加热改性处理,研究了加热改性处理前后涂层的微观组织形貌及Ni-Al金属间化合物的形成机理。此外,还对经加热和打磨处理后的Al/NiCr/Ti试件及无防护涂层的Ti块进行了800 ℃/100 h的高温氧化试验。结果 Ti基体表面Al/NiCr涂层经700 ℃炉中加热改性处理后,Al、NiCr涂层之间发生改性反应,并原位生成了固溶有一定Cr元素的Ni2Al3及NiAl金属间化合物。另外,在整个Al、NiCr扩散反应区中,弥散分布有Al液和Cr2O3、NiO组成的混合物组织。但是生成的Ni2Al3相金属间化合物有熔化现象发生,只有高熔点的NiAl金属间化合物能够稳定存在。结论 经改性反应所得的NiAl金属间化合物层对Ti基体起到了较好的高温防护作用。     

激光熔覆Zr65Al7.5Ni10Cu17.5复合涂层组织结构

在钛基体上激光熔覆Zr65Al7.5Ni10Cu17.5合金粉末，得到含非晶、纳米晶复合涂层。涂层由金属间化合物和非晶、纳米晶构成。涂层按组织形貌分为3层：表面枝晶区、中部细晶区和结合区枝晶区。金属间化合物为Al2Zr3,Zr2Cu和Zr2Ni，纳米晶为简单四方Al2Zr3相，晶格常数为：a=b=76．18nm，c=69．85nm。     

添加WC改善Ni3Al的焊接性能

Ni3Al金属间化合物是一种潜在的高温结构材料的耐磨材料，由于含有较多易氧化元素，它的焊接性能一直未得到有效的解决。本文研究了WC／Ni3Al复合材料焊条中的WC含量对焊接性能的影响。当焊条中不含WC时，Al大量被氧化，形成球形氧物夹杂，焊接表面沿夹杂／基体界面出现细微裂纹。当焊条中含质量分数5％WC时，WC溶解，析出W2C，部分Al被氧化，基体转化成Ni3(AlTi)C，形成碳化物包裹氧化物／金属间化合物的复合材料。当焊条中的WC含量升高达到30％时，由于溶解C的保护作用，焊层中的Al不被氧化，可获得无裂纹的焊接面，形成碳化物／金属间化合物复合材料。     

Ti65合金磷酸盐涂层抗高温氧化性能研究

目的通过表面涂层提高高温钛合金Ti65的抗高温氧化性能。方法采用喷涂法在Ti65合金基体上制备以磷酸铝为粘结剂、Al和Al/SiC为填料的两种磷酸盐抗高温氧化复合涂层。研究Ti65合金和涂层样品在650℃准等温、静态空气条件下的氧化动力学行为。用XRD和SEM/EDS分别对涂层样品氧化前后的物相组成、组织形貌和微区成分进行表征分析;用电子探针(EPMA)分析涂层样品的元素分布情况。结果650℃抗高温氧化实验结果表明,磷酸盐涂层样品的准等温氧化动力学曲线均符合抛物线规律,两种涂层样品的抛物线氧化速率常数kp分别为3.922×10^-2、1.768×10^-2 mg/(cm^2·h^1/2)和2.48×10^-2、3.385×10^-4 mg/(cm^2·h^1/2),均小于Ti65合金,氧化增重显著降低。以Al/SiC为填料的磷酸铝涂层的抗氧化性能最好,氧化1000 h,质量增加0.20 mg/cm^2,约为Ti65基体氧化增重(1.13 mg/cm^2)的1/6。微观分析结果表明,两种磷酸盐涂层样品在650℃准等温氧化后,涂层与基体形成扩散层,生成TiAl3金属间化合物,涂层表面均保持完好,没有裂纹和孔隙,有效阻止了氧元素向Ti65基体的扩散,保护基体不受氧化。结论磷酸盐涂层能有效阻止650℃温度下氧向Ti65合金基体的扩散,具有优异的抗高温氧化性能。     

激光合成FeAl金属间化合物涂层

用优化的工艺参数,在45钢基体上用激光合成了表面质量好的FeAl金属间化合物涂层.结果表明,多道搭接处理对涂层相组成无影响. 涂层外层 （约1/3涂层）组织为灰白相间的FeAl及基体上分布少量黑色针状FeAl3,里层只有FeAl.FeAl的组织生长形态为树枝晶,白色枝晶富Fe,灰色枝间富Al.涂层/基体界面清晰,呈凹凸状.能量分散谱仪（EDS）成分线扫描分析结果表明,从1/3涂层处Al、Fe开始缓慢过渡,结合区比合成区成分过渡明显,但梯度不大,涂层/基体间有明显互扩散,为冶金结合. 激光合成FeAl涂层的最高硬度为565 HV0.025,比基体高1.7倍.     

Formation of NiAl Intermetallic Compound by Cold Spraying of Ball-Milled Ni/Al Alloy Powder Through Postannealing Treatment

Ni/Al alloy powders were synthesized by ball milling of nickel-aluminum powder mixture with a Ni/Al atomic ratio of 1:1. Ni/Al alloy coating was deposited by cold spraying using N₂ as accelerating gas. NiAl intermetallic compound was evolved in situ through postspray annealing treatment of cold-sprayed Ni/Al alloy coating. The effect of annealing temperature on the phase transformation behavior from Ni/Al mechanical alloy to intermetallics was investigated. The microstructure of the mechanically alloying Ni/Al powder and NiAl coatings was characterized by scanning electron microscopy and x-ray diffraction analysis. The results show that a dense Ni/Al alloy coating can be successfully deposited by cold spraying using the mechanically alloyed powder as feedstocks. The as-sprayed alloy coating exhibited a laminated microstructure retained from the mechanically alloying powder. The annealing of the subsequent Ni/Al alloy coating at a temperature higher than 850 °C leads to complete transformation from Ni/Al alloy to NiAl intermetallic compound.     

Ti6Al4V表面磁控溅射NiCoCrAlY涂层的组织及性能

为了提高钛合金的高温抗氧化能力,采用非平衡磁控溅射技术在Ti6Al4V钛合金的表面沉积了NiCoCrAlY涂层,通过SEM,EDS和XRD分析了涂层氧化前后的物相组成和组织形貌。结果表明:长时间沉积后,受基材原始表面状态和涂层择优生长作用的影响,涂层表面有大量微米级的细小颗粒和少量直径约10μm的圆丘形突起;NiCoCrAlY涂层成分与靶材相近。NiCoCrAlY涂层明显提高了钛合金的抗氧化性能,使其氧化增重速率大大降低。经高温氧化后,涂层与基底的界面处Ti,Ni等元素发生互扩散形成过渡层,随氧化时间延长,过渡层逐渐增厚;并且受高温作用,涂层表面化合物相晶态特征有增强的趋势。     

激光原位合成Ni3Al金属间化合物覆层及其高温摩擦学性能

利用激光熔覆技术在不锈钢基材表面原位合成了Ni3Al金属间化合物覆层。用XRD和SEM分析了覆层的相组成和组织结构。在CSM栓-盘摩擦磨损试验机上对覆层的高温摩擦磨损性能进行了测试。结果表明:覆层由单相Ni3Al金属间化合物组成;覆层与基材呈良好的冶金结合;覆层的摩擦因数和磨损率在500℃时具有最低值,分别为0.51和1.38×10-4mm3/Nm。     

Mechanical properties and oxidation characteristics of TiNiAl(Nb) intermetallics

The structural evolution, mechanical properties and the oxidation characteristics of Ti₅₀Ni_50−xAl_x alloys were investigated. The influence of additive Nb on the microstructure, mechanical properties as well as the high temperature oxidation resistance was examined. It is found that the substitution of Al for Ni can remarkably reinforce the TiNi-based intermetallics by precipitation of (Ti,Al)₂Ni phase and by solid-solution strengthening effects. It is also found that the addition of Nb has beneficial influence on the mechanical properties of TiNiAl intermetallics, and that the oxidation resistance of TiNiAl(Nb) alloys can be effectively improved by the Nb addition. The effect of Nb on the high temperature oxidation behavior of TiNiAl(Nb) alloys has been discussed.     

High Temperature Oxidation and Wear Resistance of Y-modified Hot Dipping Aluminized Coating on SCH12 Steel

Microstructures,high-temperature oxidation and wear resistance of hot dipping Al-Si-Y coating on SCH12 heat resistant cast steel were investigated in this study.The aluminized coating was characterized by scanning electron microscopy(SEM),energy dispersive X-ray spectrometry(EDX)and X-ray diffraction(XRD).The results showed that the coating was composed of the Al-rich outer layer and the intermetallics inner layer.In the Al-rich layer,some Y-rich precipitates and Fe-Al-Si-Cr precipitates could be observed.The intermetallics layer presented three layers induced by the increase of Fe,Cr,Ni content and the corresponding decrease of Al,Si content.The oxidation tests were conducted in still air at 850℃for up to 100 h.After oxidation,a top oxide scale composed of mainlyα-Al2O3,Al5Y3O12 was formed on the steel surface.The intermetallics beneath the oxide scale consisted of mainly FeAl and small amount of Fe2Al5 and Cr3Si phase.The mass gain of the coated and uncoated SCH1steel is 0.45 mg/cm 2 and 0.57 mg/cm 2,respectively.The wear resistance was investigated using a high-temperature pin-on-disc tribometer at 650℃.The wear rate for the coated and uncoated steel is 0.45μm 3 /μm.N and 3.01μm 3 /μm.N,respectively.The high temperature wear tests and oxidation tests results demonstrated that the yttrium-modified aluminized specimen had significantly improved high-temperature wear resistance and equivalent oxidation resistance compared with the original SCH12 specimen.     

热化学反应法制备Al2O3-13％TiO2陶瓷涂层及其性能研究

目的研究Al_2O_3-13%TiO_2陶瓷涂层对金属基体的热防护性能。方法以钠、钾混合硅酸盐溶液为粘结剂,添加Al_2O_3、TiO_2、MgO、SiO_2等陶瓷骨料,采用热化学反应法在304不锈钢基体表面制备了Al_2O_3-13%TiO_2陶瓷涂层(记为AT13)。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对涂层的微观形貌、物相变化进行表征。在AT13涂层的基础上,预先喷涂金属Ni/Al过渡层,制备了AT13梯度涂层(记为AT13grade),综合比较分析了两种涂层在不同温度下固化后的结合强度,描述了涂层的高温氧化动力学曲线,对涂层的热震性能及失效机理进行了分析。结果涂层在800℃烧结固化后,致密性较好,涂层与金属基体之间呈现冶金结合,TiO_2发生了从锐钛相到金红石相的转变,α-Al_2O_3和金红石型TiO_2是陶瓷涂层耐高温的主体晶相结构。经1200℃高温氧化后,梯度涂层和非梯度涂层的增重与空白试样相比分别减少了0.223 mg/cm2和0.155 mg/cm2。800℃热震试验时,梯度涂层和非梯度涂层的热震循环次数分别为17次和6次。结论在涂层与基体之间制备金属Ni/Al过渡层能增强涂层的结合强度,提高其抗氧化性能,缓解陶瓷材料与金属基体之间的热膨胀系数差异,提高涂层的抗热震性能。梯度结构的陶瓷涂层具有更好的热防护性能。     

金属间化合物Ni_3Al激光表面快凝处理温度场的研究

应用经典热传导理论，借助计算机用解析方法计算ＹＡＧ激光对金属间化合物Ｎｉ３Ａｌ熔凝处理时非稳态温度场变化规律。分析了激光加热工艺参数以及附加铜热吸收基底对温度场的影响。根据温度场的变化规律定性地分析了被处理材料显微组织和性能的变化，并且与实验结果进行了比较。     

Steam oxidation resistance of two-layered Ni-Cr and Al APS coating for USC boiler applications

Thermal spray of Ni-Cr and Al coatings was attempted on modified 9Cr-1Mo steel, to evaluate their steam oxidation resistance. Atmospheric plasma spray (APS) coatings of 50Ni-50Cr as undercoat and Al topcoat were attempted with the aim that the pores produced by 50Ni-50Cr undercoat can be filled with Al topcoat during the steam oxidation. The steam oxidized samples evinced the Ni and Cr diffusion towards the Al coating structure and changed the topcoat in to the Ni-Al intermetallics. Though the two-layered coating exhibited an excellent performance against the steam oxidation for the base steel substrate till 3000 h of test, the top layers of the coating underwent significant internal oxidation.     

电泳共沉积NiCoCrAlY粘结层制备及抗高温氧化研究

目的 分析研究Ni基合金与粘结层之间的扩散和界面反应规律,以及其对热障涂层的抗高温氧化性能和工作寿命的影响.方法 采用电泳共沉积、真空致密化处理,在K17镍基高温合金表面制备NiCoCrAlY粘结涂层,并进行1000℃×100 h抗高温氧化实验,采用XRD、SEM、EDS分析NiCoCrAlY粘结涂层在高温氧化过程中合金元素的扩散规律.结果 高温氧化动力学曲线表明,氧化100 h制备的NiCoCrAlY粘结涂层的氧化速率为17.2134 mg/cm2,远低于K17镍基高温合金的.Ni由涂层向基体内扩散,Cr和Co向外扩散,Al向界面处扩散.电泳沉积制备的NiCoCrAlY粘结层经真空致密化处理后,涂层均匀、致密,粘结层主要由Ni3 Al、Al3 Y5 O12、Cr23 C6以及α-Al2 O3等组成.结论 NiCoCrAlY粘结涂层的抗高温氧化性高于K17镍基高温合金,在高温氧化过程中,α-Al2 O3氧化膜提高了NiCoCrAlY粘结涂层的高温抗氧化性.Ti主要来自基体的缺陷中,随着高温氧化作用,获得了由基体向外扩散所需要的能量,并且同时与氧反应生成TiO,TiO容易在粘结层表面形成泡状物质,Ti的扩散对粘结层的致密度与均匀度造成一定的影响.