沉积气压对AlCrTiSiN涂层组织结构、力学与抗高温氧化性能的影响

沉积气压是涂层制备的重要工艺参数,为研究其对AlCrTiSiN纳米复合涂层组织结构、力学性能与抗高温氧化性能的影响,采用射频磁控溅射和脉冲直流磁控溅射复合技术,改变沉积气压(0.6,0.8 Pa)制备出2种AlCrTiSiN纳米复合涂层,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及其附带的能谱仪(EDS)、纳米压痕仪等对比分析了2种涂层的结构与性能。结果表明:2种沉积气压下制备涂层的相结构均为fcc-(Al,Cr,Ti)N,均沿(111)晶面择优生长,但0.8 Pa制备涂层的(111)织构系数更大,表明其择优取向更明显。与沉积气压为0.8 Pa制备的涂层相比,0.6 Pa制备的涂层表面颗粒更细小,涂层更致密,具备更佳的力学性能,拥有更优异的抗弹性变形能力、抗塑性变形能力和膜基结合力。这一方面是因为在低沉积气压下沉积粒子到达基体上的能量更大;另一方面是由于0.8 Pa制备的涂层中可能出现了厚度较大并且较软的Si_(3)N_(4)相。在900℃氧化6 h后,涂层表面均生成了一层连续、致密的Al_(2)O_(3)混合氧化膜,有效阻止了O向涂层内扩散,可对氧化膜下方涂层起到一定的保护作用。随着沉积气压由0.6 Pa增加到0.8 Pa,氧化物颗粒增大,氧化膜厚度增大,抗高温氧化性能下降。

γ-TiAl基合金用Al_(2)O_(3)-SiC-AlPO_(4)复合涂层抗高温氧化性能研究

目的通过表面涂层提高γ-TiAl基合金的抗高温氧化性能。方法采用常规喷涂涂料法在γ-TiAl合金基体上制备Al_(2)O_(3)-SiC-AlPO_(4)磷酸盐复合抗高温氧化涂层。研究γ-TiAl合金和涂层样品在900℃、静态空气条件下的准等温氧化动力学行为。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900℃恒温氧化动力学研究结果表明,γ-TiAl基合金初期氧化速率常数为32.501×10^(-2)mg/(cm^(2)·h^(1/2)),与后期氧化速率常数28.113×10^(-2)mg/(cm^(2)·h^(1/2))基本接近,呈直线规律,不具有抗氧化性能;而Al_(2)O_(3)-SiC-AlPO_(4)磷酸盐复合涂层样品氧化后期氧化速率常数为5.967×10^(-2) mg/(cm^(2)·h^(1/2)),与氧化初期8 h内氧化速率常数23.941×10^(-2) mg/(cm^(2)·h^(1/2))相比,明显降低,遵循典型抛物线规律,具有抗氧化性能。微观分析结果表明,原始涂层与γ-TiAl合金基体结合紧密,涂层主要相组成为Al_(2)O_(3)、SiC、SiO_(2);AlPO_(4)以无定形状态构成涂层连续相。氧化后,AlPO_(4)演变成晶态,形成涂层致密的网络结构;部分基体钛元素扩散进入涂层中疏松部位,氧化后形成TiO_(2)弥散分布在涂层中,填补了涂层疏松部位,使涂层更加致密;在涂层与基体界面2μm区域内形成连续致密Al_(2)O_(3)膜,阻挡了空气中的氧进一步扩散进入基体。结论Al_(2)O_(3)-SiC-AlPO_(4)复合涂层有效降低了γ-TiAl基合金氧化速率,有助于形成保护性Al_(2)O_(3)膜,明显改善了900℃γ-TiAl基合金抗高温氧化性能。

氯化物熔盐体系电沉积铱及其组织结构和抗高温氧化性能

[目的]随着航空航天技术的迅猛发展,对飞行器热端部件的性能要求日益严苛。金属铱(Ir)因具有超高的熔点、优异的耐蚀性、高强度及稳定的物理化学性能,被认为是热端部件理想的防护层材料。[方法]采用NaCl-KCl-CsCl-IrCl_(3)氯化物熔盐体系在高纯铼片表面电沉积Ir。通过热重分析初步确定了电沉积的适宜温度范围,再通过扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)研究了温度和阴极电流密度对Ir镀层表面形貌和元素组成的影响。采用X射线衍射仪(XRD)分析了较优条件下制备的Ir镀层的晶相结构,并通过高温烧蚀检测了其抗高温氧化性能。[结果]NaCl-KCl-CsCl-IrCl_(3)熔盐体系在490℃时开始熔解,596℃开始挥发,且挥发速率随着温度的升高而升高,650℃左右时挥发速率达到0.5%/min。该熔盐体系电沉积的适宜温度范围为550~650℃。当温度为600℃、阴极电流密度为0.2 A/cm^(2)时,所得Ir镀层连续致密、纯度高,呈(111)晶面择优取向的面心立方多晶结构,并且抗高温氧化性能良好。[结论]通过调控氯化物熔盐体系电沉积工艺参数能够制备连续致密的纯Ir镀层,并且其抗高温氧化性能有进一步提升的空间。

难熔高熵合金的成分设计及抗高温氧化性能研究进展

与传统镍基高温合金相比,难熔高熵合金具有更好的抗高温软化能力、更高的服役温度和更优异的高温结构稳定性等优点,有望克服传统高温合金在极端装备热端部件应用中的不足。目前报道的RHEAs主要类型包括:①由Nb、Mo、Ta、W、V、Hf、Re难熔元素组成的高熔点RHEAs,这类RHEAs通常室温强度低、脆性大、抗氧化能力差、成形困难,但在1600 ℃超高温下具有高强度;②由Hf、Ta、Ti、Zr等元素组成的高室温塑性RHEAs,其室温压缩应变超过50%,具有良好的加工性能,但其高温软化严重,高温强度远低于高熔点RHEAs。本文总结了难熔高熵合金成分设计思路及高温性能的研究现状,展望了其未来发展趋势及尚待解决的问题。

熔烧温度对铌钨合金表面硅化物涂层显微组织和抗高温氧化性能的影响研究

硅化物涂层是航天航空用铌合金高温结构部件最常用的高温防护涂层,为了提高硅化物涂层的性能以满足铌合金高温结构部件越来越严苛的服役条件,采用料浆熔烧法在铌钨合金表面制备硅化物涂层,并通过改变涂层熔烧温度(1350,1400,1450,1500℃),研究熔烧温度对涂层微观结构和抗高温氧化性能的影响。结果表明:4种熔烧温度涂层致密层的主成分为(Nb,X)Si_(2)(X为Zr、Cr和Ti),过渡层为稳定的Nb_(5)Si_(3);涂层在1600℃高温下氧化2 h,氧化反应主要发生在表面的疏松层,Si、Zr、Ti、Cr等元素发生了选择性氧化,ZrO_(2)作为“氧化物钉”弥散在SiO_(2)玻璃膜中,涂层展现出良好的抗高温氧化性能。熔烧温度为1350℃样品的抗高温氧化性能最优。

Nb掺杂对Ti-Al合金化层抗高温氧化性能的影响

为提高钛合金TC4的抗高温氧化性能,采用激光表面合金化技术在钛合金表面制备不同Nb掺杂量的Ti-Al合金化层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、箱式电阻炉等对合金化层的组织结构和高温氧化行为进行分析测试。结果表明,合金化层主要组成物相为TiAl以及少量的Ti_3Al相。Nb主要以置换溶质原子的形式固溶于合金化层中。合金化层组织均匀,与基体呈典型的冶金结合,在不含Nb的Ti-Al合金化层中发现大量的表层裂纹及少量的贯穿性裂纹,而在Nb掺杂的合金化层中未发现明显的宏观裂纹。合金化层在800℃保温1000h的氧化增重显著低于基体,表现出优异的抗高温氧化性能。相比而言,随着Al含量和Nb掺杂量的提高,合金化层的抗高温氧化能力也随之提高。Nb掺杂提高Ti-Al合金化层抗高温氧化性能的作用机理包括减少TiO_2中的空位缺陷、细化氧化物颗粒及促进Al_2O_3的形成。

La对FeCrAl合金箔材抗高温氧化性能的影响

采用真空感应熔炼的方法制备了系列FeCr2 0 Al5 La和未添加稀土的FeCr2 0 Al5 合金 ,经锻造、热轧、冷轧等工序制得厚度为 60 μm的合金箔材 ,并研究了其高温抗氧化性能。采用SEM和TEM观察了氧化膜的显微组织和结构 ,结果表明 。

电弧离子镀Al扩散障结构及抗高温氧化性能研究

采用电弧离子镀技术(AIP)在HY3(NiCrAlYSi)涂层与镍基高温合金(K5合金)之间沉积一层Al薄膜经过马弗炉870℃加热1h形成Al2O3作为扩散障层,研究了Al2O3对HY3(NiCrAlYSi)涂层与基体的元素互扩散的阻碍作用和对涂层氧化动力曲线的影响。对于添加扩散障层前后的试样,进行循环抗氧化试验来评价其抗高温氧化性能,并用扫描电镜(SEM)分析氧化前后试样微观形貌和成分,用X-射线衍射仪分析涂层的相结构。试验结果表明:Al2O3有效阻止基体与涂层之间的元素互扩散,提高了HY3(NiCrAlYSi)涂层和K5合金的抗高温氧化性能。

电弧喷涂Al,45CT及其复合涂层的抗高温氧化性能与机理

为获得抗氧化性能优良的涂层,采用电弧喷涂方法制备了Al,45CT及其复合涂层,探讨了3种涂层过渡层的形貌、物相及其相应的作用,分析了3种涂层的组织结构、抗氧化性能与机理。结果表明:Al涂层和复合涂层高温氧化后表面氧化膜有剥落现象,涂层中的抗氧化元素Cr含量很低;45CT涂层中的抗氧化元素Cr含量仍然很高,涂层的自我修复能力很强,表面生成的Cr2O3氧化膜具有优异的抗氧化性能;在涂层与基体结合处有一层过渡层,不仅增强了涂层与基体的结合力,还能进一步阻止氧化性气体向基体入侵,起到二次保护作用。

高速电弧喷涂FeMnCrAl/Cr_3C_2涂层的组织及抗高温氧化性能

使用高速电弧喷涂技术在20钢样品表面制备了FeMnCrAl/Cr3C2涂层,采用光学显微镜、场发射扫描电镜、能谱分析和X射线衍射等方法,对FeMnCrAl/Cr3 C2涂层的显微组织和抗高温氧化性能进行了研究,并与电弧喷涂FeMnCr/Cr3 C2涂层、316L不锈钢涂层和20钢做了对比试验。研究结果表明:三种涂层增重均明显低于20钢;FeMnCrAl/Cr3C2涂层氧化增重约为FeMnCr/Cr3 C2涂层的1/3,略高于316L不锈钢涂层,FeMnCrAl/Cr3 C2涂层氧化后表面生成具有保护性的、致密的含Al氧化膜和Cr与Fe的复合氧化物,阻碍了涂层进一步氧化,但存在不均匀性,原因是电弧喷涂层成分的微观不均匀性和涂层中存在孔隙。

电弧离子镀TiC扩散障结构及抗高温氧化性能研究

采用电弧离子镀技术(AIP)在NiCrAlY涂层与镍基高温合金(DD3合金)之间沉积TiC薄膜作为扩散障层,研究了TiC对NiCrAlY涂层与基体的元素互扩散的阻碍作用和对涂层氧化动力曲线的影响。对于添加扩散障层前后的试样,进行循环抗氧化试验来评价其抗高温氧化性能,并用扫描电镜(SEM)分析氧化前后试样微观形貌和成分,用X-射线衍射仪分析涂层的相结构。试验结果表明:TiC有效阻滞DD3基体与涂层之间的元素互扩散,提高了NiCrAlY涂层和DD3合金的抗高温氧化性能。

钒对中铬白口铸铁组织和抗高温氧化性能的影响

采用SEM与EDS对试样进行组织与成分分析,利用氧化增重法测定了不同钒含量(3.30%、6.80%、9.08%)的含钒中铬白口铸铁在500℃、600℃和750℃下的恒温氧化动力学曲线,采用X射线衍射法(XRD)对氧化试样的表面和氧化产物进行了物相分析。结果表明:随着V含量的增加,中铬白口铸铁的组织得到细化,基体上弥散分布大量VC颗粒,使得该材料有潜在的良好耐磨性能;在较低温度下(500℃、600℃)下,含钒中铬白口铸铁的恒温氧化动力学曲线符合抛物线规律,而在较高温度下(750℃),符合直线规律,最终高温氧化产物为Fe2O3以及少量的FeCr(VO4)2和Cr2O3,随着钒含量的增高,在较高温度下(750℃),含钒中铬白口铸铁的抗氧化性能有所改善。

镍基高温合金Pt/Si共改性铝化物涂层的制备及抗高温氧化性能

为研究Si元素对Pt改性铝化物涂层抗高温氧化性能的影响规律,利用电镀Pt和Al-Si共渗包埋法制备出一种Pt/Si共改性铝化物涂层,对涂层进行了1 000℃恒温氧化试验,并采用XRD、SEM、EDS分析了涂层氧化前后的组织结构。结果表明:在Pt改性铝化物涂层中添加Si元素可以降低涂层表面的孔洞,使涂层更加致密、均匀;2种涂层在1 000℃温度下氧化300 h后均有大量的β-(Ni,Pt)Al相残留,依然具备保护基体的作用;Si元素一方面可以降低涂层与基体的互扩散速率,另一方面却加剧了涂层表面氧化皮的剥落;综合看来Si对Pt改性铝化物涂层的抗高温氧化性能提高效果不明显。

工业纯钛热浸镀铝及其抗高温氧化性能的研究

通过XRD,SEM,EDS和高温循环氧化实验,研究了工业纯钛TA2在750℃热浸镀铝并扩散退火(950℃×6 h)后,所得热浸镀铝层在高温氧化前后的微观组织结构,分析了试样的抗高温氧化性能,并探讨了抗高温氧化性能得到提高的原因。结果表明:热浸镀铝层分为中间层与外层,中间层主要相是Ti3Al,外层又分为内扩散层和外扩散层,内扩散层形成了一层Al2O3氧化膜层,外扩散层主要相是TiAl3和Al2O3;TA2经热浸镀铝后,其高温抗氧化性能明显得到提高,主要原因是在热浸镀铝表层和内扩散层都形成了致密的Al2O3氧化膜。

微晶化对TiAl抗高温氧化性能的影响

研究了微晶化对TiAl金属间化合物在800～900℃抗恒温及循环氧化性能的影响铸态和微晶TiAl在800～900℃下均形成TiO2和Al2O3的复合氧化物膜，恒温氧化动力学均近似服从抛物线规律，微晶化对TiAl的恒温氧化性能无明显影响。

高速电弧喷涂FeCrBSiMo涂层抗高温氧化性能

采用高速电弧喷涂工艺在20钢基体上制备铁基FeCrBSiMo涂层,孔隙率为3.64%,显微维氏硬度为9 002.5 MPa,结合强度达52 MPa;采用扫描电镜、能谱分析仪和X射线衍射仪对涂层的显微组织和抗高温氧化性能进行了研究,并与锅炉管道常用20钢的相关性能进行了比较.结果表明,FeCrBSiMo涂层组织结构致密,在450~750℃下氧化80 h后其氧化增重均明显低于锅炉管道用20钢增重,其中750℃时的氧化增重仅是20钢的1/25.高温氧化时,涂层表面生成连续致密的铁,铬氧化物膜,能阻碍O元素从涂层表面扩散渗入涂层内部,防止涂层的进一步氧化,具有很好的保护性.

金属钼表面Mo-Si-N-B涂层的抗高温氧化性能研究

在金属钼表面制备了Mo-Si-N-B涂层,利用SEM和XRD分析研究了涂层的微观结构和物相组成,并评价了涂层在1 450℃大气环境下的抗氧化性能。结果表明:涂层由MoSi2相、Si3N4和Mo2B5相组成,涂层内部致密且与基体结合紧密;高温氧化时,涂层表面生成致密硼硅玻璃氧化膜,其稳定抗氧化时间达100 h;高温下由于氧化膜的挥发和涂层的"退化"导致涂层失效。

C/C-SiC复合材料表面Y_2O_3-ZrO_2-Al_2O_3涂层的涂刷法制备及其抗高温氧化性能

为了提高C/C复合材料的抗高温氧化性能,用包埋法在C/C复合材料表面制备SiC内涂层,再在其上刷涂制备Y2O3-ZrO2-Al2O3多组分涂层,对制备涂层的各种影响因素进行分析,确定最佳制备工艺,并考察了该涂层的组织结构和抗高温氧化性能。结果表明:最佳制备条件为以SiC为内涂层、10%聚乙烯醇(PVA)为分散剂,以Y2O3,ZrO2,Al2O3,Si及C为原料,室温涂覆,升温到1 873 K保温30 min,反复进行5次;该涂层在1 873 K下氧化19 h,失重率仅1.76%,有良好的短期抗高温氧化性能,氧化29 h时失重率为6.23%,涂层可能已破坏失效;涂层的失效是由于其表面形成的孔洞和裂纹不能愈合而导致的。

溶胶-凝胶法制备薄膜材料抗高温氧化性能研究

制备了SiO2 、ZrO2 和添加不同成分的SiO2 ZrO2 复合溶胶 ,研究了在Cu Ni上浸涂不同溶胶后形成膜层的抗高温氧化性能 ,探讨了不同膜层对Cu Ni在 80 0℃、90 0℃下高温氧化规律的影响。结果表明 ,这些膜层很好的改善了Cu Ni的抗高温氧化性能 ,而且向SiO2 ZrO2 复合溶胶中添加铈、钇等稀土元素以及ZrO2 纳米粉 ,可以进一步改善SiO2 ZrO2

TiO_2涂层耐蚀性能和抗高温氧化性能

用溶胶-凝胶法在碳钢表面制备TiO2涂层。用正交设计法对水解反应温度、涂覆次数、热处理温度和时间4因素进行了优化,并考察了上述4因素对涂层在10%(体积分数)H2SO4介质中的耐蚀性能和650℃空气气氛中的抗高温氧化性能的影响。