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。     

电沉积结合包埋渗制备复合涂层的高温氧化行为

为了提高铌合金的高温抗氧化性能,首先采用阴极匀速旋转电沉积法在铌合金表面制备了钼层,然后通过包埋渗硅获得硅化物复合涂层。研究了沉积态钼层和硅化物涂层的形成和微观组织结构,对比分析了有或无涂层C103合金的高温氧化行为。结果表明,阴极匀速旋转法使沉积的电流效率提高一倍多,钼层呈胞状结构、以非晶形式存在。经包埋渗硅后,生成了表层以MoSi2为主、中间层为NbSi2的复合涂层,涂层与基体结合良好。经1200 ℃氧化后,涂层试样的氧化抛物线速率常数分别为1.83×10-2 mg2cm-4h-1、8.08 mg2cm-4h-1,与之相比,裸合金的氧化抛物线速率常数则为5.87×103 mg2cm-4h-1,而且仅氧化10 h裸合金即出现了严重粉化;在高温氧化过程中,复合涂层表面生成SiO2垢层,具有优良的抗高温氧化性能。     

渗硅对Mo-12Si-8.5B-(8Cr)合金抗高温氧化性能的影响

在Mo-12Si-8.5B-(8Cr)两种合金表面包埋渗制备硅化钼涂层,以改善Mo-12Si-8.5B合金的高温抗氧化性能,分析了材料的微观组织结构及其高温氧化行为。结果表明:通过包埋渗技术在Mo-12Si-8.5B合金表面获得了一层致密的硅化物涂层,添加Cr的合金表面硅化物涂层生长速率约是不含Cr合金的2倍。未渗硅处理的合金在800~1200℃的高温抗氧化性能较差。渗硅后Mo-12Si-8.5B和Mo-12Si-8.5B-8Cr合金在1200℃氧化60 h质量仅减少0.22和0.24 mg/cm~2。渗硅处理大幅度地改善了合金的高温抗氧化性能,归因于硅化钼涂层表面连续致密氧化膜的形成。     

渗铝涂层对Ni3Al—Mo基合金高温氧化的防护作用及机理

采用高活度渗铝工艺在ＩＣ－６（Ｎｉ３Ａｌ－Ｍｏ基）合金表面获得内扩散型渗铝涂层，在氩气环境下对渗铝涂层进行扩散处理。利用光学显微镜、ＳＥＭ、ＥＰＭＡ、ＸＲＤ分析研究了涂层的成分及组织结构，测定表明，涂层中的钼以Ｍｏ３Ａｌ沉淀相的形式存在。等温氧化及循环氧化实验表明，渗铝涂层的抗高温氧化性能明显优于ＩＣ－６合金；保护性的Ａｌ２Ｏ３氧化膜阻止了钼的氧化物的形成，避免了ＩＣ－６合金在循环氧化中出现的Ｎｉ     

渗铝涂层对Ni_3Al－Mo基合金高温氧化的防护作用及机理

采用高活度渗铝工艺在ＩＣ－６（Ｎｉ３Ａｌ－Ｍｏ基）合金表面获得内扩散型渗铝涂层，在氮气环境下对渗铝涂层进行扩散处理．利用光学显微镜、ＳＥＭ、ＥＰＭＡ、ＸＲＤ分析研究了涂层的成分及组织结构，测定表明，涂层中的钼以Ｍｏ３Ａｌ沉淀相的形式存在．等温氧化及循环氧化实验表明，渗铝涂层的抗高温氧化性能明显优于ＩＣ－６合金；保护性的Ａｌ２Ｏ３氧化膜阻止了钼的氧化物的形成，避免了ＩＣ－６合金在循环氧化中出现的ＮｉＭｏＯ４相的多晶型转变，显著改变了合金的抗循环氧化能力；涂层经１０００℃、３００ｈ等温氧化及１０００℃、１００ｈ循环氧化后，未出现β－ＮｉＡｌ相的分解，可认为涂层具有较强的保护作用。     

钼钨合金抗氧化涂层的制备及性能研究

本研究采用原位反应法对不同钨含量的钼钨合金表面进行渗氮-渗硅处理,制备得到高温抗氧化涂层。采用扫描电子显微镜及X射线衍射分析了钼钨合金中钨含量对涂层形貌和结构的影响,并评价了涂层在1600℃的抗氧化性能,简要分析了涂层的抗氧化机理。研究表明,随着钼钨合金中钨含量的增加,涂层表面硅渗出量减少,说明钨含量的增加可以有效地减缓Si元素的向外扩散;1600℃的高温氧化实验证实了Mo-30%W表面涂层的抗氧化性能最为优异,抗氧化时间长达327 h。实验表明,钨含量的增加在一定程度上提升了涂层的抗氧化性能。     

钼钨合金抗氧化涂层的制备及性能

采用原位反应法对不同钨含量的钼钨合金表面进行渗氮-渗硅处理,制备了高温抗氧化涂层。采用扫描电子显微镜及X射线衍射分析了钼钨合金中钨含量对涂层形貌和结构的影响,并评价了涂层在1600℃的抗氧化性能,简要分析了涂层的抗氧化机理。研究表明,随着钼钨合金中钨含量的增加,涂层表面硅渗出量减少,说明钨含量的增加可以有效地减缓Si元素的向外扩散;1600℃的高温氧化实验证实了Mo-30%W(质量分数)表面涂层的抗氧化性能最为优异,抗氧化时间长达327 h。实验表明,钨含量的增加在一定程度上提升了涂层的抗氧化性能。     

镍基高温合金GH202表面纳米陶瓷涂层抗高温氧化性能研究

为了弥补高温合金抗高温氧化性能的不足,解决高温力学性能与抗高温氧化性之间的矛盾,在高温合金GH202合金表面增加含纳米高温陶瓷涂层CXM98-1,通过氧化动力学实验和能谱分析技术对涂层/基体合金体系的抗高温氧化性能进行了研究.实验结果得出:含纳米陶瓷涂层能有效的阻滞合金的高温氧化进程,极大的提高了合金的耐高温抗氧化性能.不论有无涂层,在900℃长时间扩散退火过程中,氧均通过涂层或金属表面向基体合金进行扩散,基体合金中的Cr、Al元素向涂层/基体合金界面上坡扩散,环境中氧原子通过涂层向基体合金扩散,在界面处靠涂层一侧主要形成Cr2O3扩散层,界面的基体一侧主要形成Al2O3晶间氧化层;有涂层与无涂层试样的区别在于氧的扩散速率和扩散通量存在快慢、大小的差别.     

GH2909合金表面抗氧化涂层的高温氧化行为研究

采用电镀和超音速火焰喷涂工艺在GH2909合金表面分别沉积了厚度为8μm的电镀Cr层与厚度为85μm的Ni CoCrAlY涂层。采用静态氧化增重法测试了GH2909合金、GH2909合金-Cr涂层、GH2909合金-Ni CoCrAlY涂层在750℃下的高温抗氧化性能。采用扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪对其高温氧化行为进行研究。结果表明:GH2909合金在750℃下抗氧化性能较差,而Cr涂层与Ni CoCrAlY涂层均可有效阻挡基体在高温下的氧化。Ni CoCrAlY涂层具有更优异的抗氧化效果,在750℃下可达完全抗氧化级。     

利用SiO2中间层提高铝化物涂层的高温防护性能

目的提高TiAl合金的抗高温氧化性能。方法采用料浆法和电沉积法在TiAl合金表面制备Al-SiO_2复合涂层。通过静态空气氧化测试评价复合涂层对TiAl合金抗高温氧化性能的影响,利用X射线衍射仪分析高温氧化前后涂层物相组成,借助扫描电子显微镜分析试样表面和截面微观组织和形貌。结果 1000℃氧化过程中,铝化物涂层具有一定的抗高温氧化性能,氧化100 h后增重为10.44 mg/cm~2。然而其表面仍然出现了淡黄色TiO_2氧化层,并且存在裂纹等缺陷,表面涂层物质在热处理过程中与基体组织发生了大量互扩散。Al-SiO_2复合涂层经过100 h氧化后,表面形貌基本保持不变,未观察到裂纹等缺陷,随着Si O_2中间层沉积时间延长,试样的抗高温氧化性能总体呈现上升趋势。-2 mA/cm~2下电沉积300 s制备的SiO_2涂层抗高温氧化性能显著提高,其氧化增重仅为3.03 mg/cm~2。结论 Al-SiO_2复合涂层能够有效地提高TiAl合金的抗高温氧化性能。     

钼合金Si-Cr-Ti-SiC-MnO2涂层的制备与组织性能

目的提高钼合金表面红外辐射性能与高温抗氧化性能。方法将40%Si、20%Cr、5%Ti、5%SiC、30%Mn O_2五种粉末与酒精、粘结剂按比例混合,经高能球磨6 h后制得均匀悬浮的料浆。采用浸涂工艺对预处理的钼合金试样进行料浆涂覆,在1450℃真空烧结0.5 h后制得黑色涂层试样。通过1550℃高温静态氧化试验和高温粒子薄片红外光谱综合实验系统,分别评价涂层抗氧化性能和红外辐射性能,并通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对涂层氧化前后的形貌与组织结构进行分析。结果钼合金Si-Cr-Ti-SiC-Mn O_2涂层在700、900℃的法向发射率分别达0.85、0.88,在1550℃高温有氧环境下的静态抗氧化寿命达7 h。原始涂层呈四层复合梯度结构,由外到内分别为SiO_2+Mn3O_4+M5Si3(M指Mo、Cr、Ti)、M5Si3+Mo Si2+SiC+Mn3O_4、Mo Si2、Mo5Si3。高温氧化后,涂层四层复合结构由外到内转变为SiO_2+(Cr,Ti)5Si3+Mn Cr2O_4+Mn3O_4、M5Si3+SiC+Mn Cr2O_4+Mn3O_4、Mo Si2、M5Si3。高温氧化过程中,MSi2高硅化物层逐渐转变为M5Si3低硅化物层,涂层表面形成含Mn Cr2O_4尖晶石相和复合硅化物的致密SiO_2玻璃膜。结论 Si-Cr-Ti-SiC-Mn O_2涂层可有效提高钼合金基体的红外辐射性能和高温抗氧化性能,复合硅化物与硅锰复杂氧化物具有良好的抗氧化性能、高辐射性能和自愈合性能。     

Improvement of wear resistance of plasma-sprayed molybdenum blend coatings

The wear resistance of plasma sprayed molybdenum blend coatings applicable to synchronizer rings or piston rings was investigated in this study. Four spray powders, one of which was pure molybdenum and the others blended powders of bronze and aluminum-silicon alloy powders mixed with molybdenum powders, were sprayed on a low-carbon steel substrate by atmospheric plasma spraying. Microstructural analysis of the coatings showed that the phases formed during spraying were relatively homogeneously distributed in the molybdenum matrix. The wear test results revealed that the wear rate of all the coatings increased with increasing wear load and that the blended coatings exhibited better wear resistance than the pure molybdenum coating, although the hardness was lower. In the pure molybdenum coatings, splats were readily fractured, or cracks were initiated between splats under high wear loads, thereby leading to the decrease in wear resistance. On the other hand, the molybdenum coating blended with bronze and aluminum-silicon alloy powders exhibited excellent wear resistance because hard phases such as CuAl₂ and Cu₉Al₄ formed inside the coating.     

铝合金基体电热爆炸喷涂钼涂层的制备工艺与性能

采用电热爆炸喷涂技术在铝合金基体上制备钼涂层,用SEM、划痕仪、显微硬度计、表面粗糙度仪、微磨损试验机等表征了涂层性能。借助正交试验方法分析了钼涂层制备中各工艺参数对涂层质量的影响,确定了最佳工艺参数。结果表明:用电热爆炸喷涂方法制备的钼涂层均匀致密,孔隙率低;涂层与基体形成冶金结合,结合强度高;涂层硬度为基体的4.9倍,体积磨损量仅为基体的11.2%,耐磨性大幅增加。电爆炸喷涂的工艺参数中,对涂层质量和结合力影响最大的是喷涂距离,其次是喷涂次数,影响最小的是喷涂电压。     

微弧氧化对TC4钛合金高温抗氧化性能的影响

采用直流稳压电源,在Na2SiO3、Na3PO4电解液中对TC4钛合金表面进行微弧氧化处理,研究了微弧氧化对TC4钛合金高温抗氧化性能的影响.结果表明,经微弧氧化的TC4合金高温抗氧化性能明显优于TC4钛合金;在750℃循环氧化100h后,经300V电压微弧氧化60 min的TC4钛合金的氧化增重为7.8 mg/cm2,而未经微弧氧化处理的TC4钛合金氧化增重为30.51 mg/cm2;随着微弧氧化时间增长和电压的增大,微弧氧化TC4钛合金的高温抗氧化性能也增强.     

钼电极玻璃基防氧化涂层预烧工艺研究

采用料浆涂覆的方法在钼基体表面制备了玻璃基防氧化涂层;通过SEM、XRD、防氧化性能测试对涂层表面形貌、显微组织结构和氧化失重进行了研究;探讨了玻璃基涂层预烧工艺对钼电极表面的防氧化性能的影响.结果表明:涂层经1100℃保温10min的热处理后,具有最优的防氧化性能.     

The wet corrosion of molybdenum thin film – Part III: The effect of Ti and Nb

Magnetron sputtering has become the process of choice for the deposition of a wide range of industrially important coatings. Over the last decade, interest in molybdenum thin films prepared by magnetron sputtering has been increasing; however, little research has been done on molybdenum‐titanium and molybdenum‐niobium alloy thin films. During the current study, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was employed to investigate the effect on the corrosion resistance in basic chloride environments of adding titanium and niobium species to molybdenum thin films deposited by physical vapor deposition. The results indicate that the MoTi alloy thin films exhibit better protective properties than either the molybdenum‐niobium alloy or unalloyed molybdenum thin films.     

钼基掺杂合金的研究现状

合金化是改善钼性能的主要途径。本文对固溶强化类、弥散强化类及K泡强化类钼合金进行了综合评述,重点从制备方法、形貌组织、强化机理以及力学性能这几个方面,对TZM合金、Mo-Re合金、La2O3掺杂钼合金、Al2O3掺杂钼合金以及Si-Al-K掺杂钼合金这几类合金的研究现状进行了分析。根据钼合金抗氧化性能差和耐磨性能差这两个缺点,提出了研制抗氧化涂层和硬质相是未来钼合金发展的两个重要方向。     

镁合金微弧氧化及后续涂装耐蚀性电化学分析

采用IM6e型电化学工作站,对MB8镁合金微弧氧化及封孔涂装后试样进行电化学I/E极化曲线和Tafel斜率分析.结果表明:各种封孔工艺都能不同程度地提高微弧氧化陶瓷层的耐蚀性,其中电泳涂装降低腐蚀电流1个数量级,是良好的封孔工艺:采用水煮+有机树脂多种封孔工艺综合处理降低陶瓷层腐蚀电流2个数量级,耐蚀性最好.