“化学炉”辅助燃烧原位合成SiC／MoSi2复合材料

以Mo、Si和C单质粉为原料,采用自蔓延原位合成技术制备10%SiC、20%SiC(体积分数)强韧化MoSi2复合材料,并从理论上计算了自蔓延燃烧反应绝热温度。结果表明,常规自蔓延能够合成10%SiC/MoSi2复合粉体,而通过"化学炉"辅助燃烧能够合成20%SiC/MoSi2材料。复合粉末主要由MoSi2和SiC相组成,SiC颗粒分布均匀,与MoSi2基体结合良好,其断裂机理为穿晶断裂。

废弃硅钼棒循环再利用制备MoSi2基抗氧化涂层

目的在实现钼资源循环再利用的同时,提高钼合金高温抗氧化性能。方法将废弃硅钼棒破碎、球磨制成粉末,并结合玻璃粉和硅粉作为原料,采用浆料法在钼基体上制备MoSi2基抗氧化涂层。通过扫描电子显微镜、X射线衍射和1400℃静态等温氧化实验等分析涂层的微观组织、结构及抗氧化性能。结果制备的MoSi2基抗氧化涂层厚度约500μm,涂层整体上呈现出相对致密的结构。在1400℃氧化20h后,涂层质量增量为5.88mg/cm^2,呈现出较好的防氧化效果。结论利用浆料法,以废弃硅钼棒为原料,在实现钼资源回收再利用的同时,为钼合金表面制备具有较好抗氧化性能的MoSi2基抗氧化涂层。氧化过程中,涂层在表面形成了一层致密的SiO2玻璃,具有较强的阻氧能力,减少氧气向基体的渗入,可以在高温氧化环境有效提升钼基体的抗氧化能力。

热喷涂制备MoSi2高温结构材料的工艺研究

通过大气等离子喷涂制备了MoSi2结构材料,研究了热等静压对MoSi2构件微观结构及性能的影响。结果表明:喷涂成形件主要由MoSi2、Mo5Si3、Mo3Si和Mo组成,呈典型的层状结构特征,内部孔隙和裂纹较多。粉末部分氧化造成硅元素挥发,导致材料出现贫硅现象,使成形件内部存在富钼相。热等静压处理后,MoSi2构件内部孔隙、缝隙减小,致密化效果明显。经1 600℃处理后,MoSi2构件的密度达到6.29 g/cm3,较处理前提高了5.0%;同时其显微硬度也有一定升高。

不同致密度MoSi2材料在700～1200℃的氧化行为

利用热重分析法,SEM和X射线技术研究了不同致密度的MoSi2材料在700-1200℃的循环氧化行为。研究结果表明:氧化480 h后,不同致密度的MoSi2材料均未发生“粉化”现象,致密度和“粉化”现象无本质关系。低致密度(85.0%)MoSi2材料氧化动力学在初始和后续阶段基本上都呈直线形,而高致密度的材料氧化动力学遵守抛物线规律。致密度为85.0%的MoSi2材料在700-1200℃之间氧化时,氧化温度越高,材料氧化增重逐渐减少;而致密度为90.2%和94.8%的MoSi2材料在700-1000℃之间,随温度升高,材料增重越多,而在1200℃氧化时,增重最小。

MoSi2涂层残余应力和结合强度的有限元分析

目的研究残余应力对MoSi2涂层结合强度的影响。方法基于粉末包渗法(PC)制备的MoSi2涂层在退火前后的微观形貌和相组成,建立有限元分析模型,计算MoSi2涂层在退火前后的残余应力。根据涂层法向和切向残余应力随涂层厚度的变化,并结合涂层在退火前后结合强度随涂层厚度的变化规律,研究残余应力对涂层结合强度的影响。结果有限元模拟结果表明,MoSi2涂层的法向残余应力随涂层厚度的增加而减小。涂层的切向残余应力在涂层界面边缘处形成应力集中,并且最大切向残余应力随涂层厚度的增加而增大,与涂层结合强度的变化趋势相吻合。此外,退火后,MoSi2涂层的法向残余应力几乎没有变化,但是最大切向残余应力下降了10%左右,结合强度提高了20%左右。结论粉末包渗法(PC)制备的MoSi2涂层的结合强度受切向残余应力的影响,涂层切向残余应力增大,导致涂层结合强度降低。退火处理能够起到有效改善涂层界面切向残余应力集中的作用,对于提高涂层结合强度有明显的效果。

MoSi2-Mo5Si3-Mo5SiB2/SiC配对副的摩擦磨损性能

MoSi2-Mo5Si3-Mo5SiB2/SiC复合材料是一种很有发展前景的高温耐磨材料,但MoSi2-Mo5Si3-Mo5SiB2/SiC/SiC配对副的干滑动摩擦磨损性能尚不清楚.本文中通过销-盘式干滑动摩擦磨损试验,考察了MoSi2-Mo5Si3-Mo5SiB2/SiC/SiC配对副在不同温度(25~1 000℃)和载荷下(2.5~10 N)的摩擦学特性.结果表明:试验温度和载荷对MoSi2-Mo5Si3-Mo5SiB2/SiC/SiC配对副的摩擦系数影响较大,而对其磨损率影响较小.载荷为5 N时,在25~1 000℃区间,摩擦系数和磨损率分别在0.11~0.43和0.513×10-7~0.544×10-7 mm3/(N·m)范围;在25~400℃时,磨损机制以轻微的氧化和黏着磨损为主,在600~1 000℃磨损机制主要表现为严重的氧化和黏着磨损.在1 000℃时,随着载荷(2.5~10 N)的增加,摩擦系数和磨损率分别为0.29~0.38和0.540×10-7~0.547×10-7 mm3/(N·m);载荷为2.5~10 N时,始终存在黏着和氧化磨损;载荷为7.5~10 N时,材料磨损表面还伴随碾压塑性变形的特征.

Al、Cr和Nb在Mo(111)/MoSi2(110)界面的元素效应

运用第一性原理平面波赝势方法计算了Mo(111)/MoSi2(110)的界面结构,并通过元素界面偏析能的计算确定了Al、Cr和Nb在Mo(111)/Mo Si2(110)的偏析位置,结合脱粘功和差分电荷密度揭示了Al、Cr和Nb对Mo/Mo Si2界面结合强度的影响。结果表明:Si顶位型配位方式的界面能最小,最为稳定,在Mo(111)/MoSi2(110)界面结构中倾向于以Si顶位型配位方式结合,其界面分离面在近界面Mo Si2(110)一侧的亚界面层。Nb对界面结合不利,Cr可适当提高界面结合强度,而Al对界面强度的影响取决于其界面覆盖度。究其原因是由于Nb在界面偏析形成的Nb—Si键相比于Mo—Si键有明显减弱,Cr形成的Cr—Si键略有增强,而Al的界面覆盖度对形成的Mo—Al键强弱影响较大。

MoSi2涂层制备对于双组元离心发动机的影响分析

涂覆在双组元发动机推力室表面的MoSi2涂层可以有效地防止金属基材在高温氧化氛围下形成低熔点的金属氧化物。通过真空离子镀和包渗硅化的制备方法,可以令MoSi2涂层更加致密和均匀,大大提高了涂层性能。其涂层试片在1800℃的静态高温下可以耐受20 h以上,远远优于传统挂浆和喷涂法制备的试片耐温指标。同时,该工艺方法制备的涂层表面更加光洁致密,在这种条件下更容易令冷却液膜铺展和生存,也更有利于实现液体蒸发换热,以实现发动机燃烧室头部的高效冷却。经实验验证,涂覆了该涂层的发动机在喉部1400℃以上的点火温度下,头部温度仅约100℃,并顺利通过了累计4万秒的寿命摸底考核,这对于发动机性能提升和延寿有重要意义。但是,在MoSi2涂层的制备过程中,钼层的厚度和均匀性控制以及包渗硅化工艺的匹配性都会对发动机可靠性有着重要影响。一旦有钼层残留在涂层内部,就会导致涂层扩散层结构异常,严重影响涂层的结合性和热匹配性,在点火中产生贯穿性裂纹而失效。失效位置往往位于推力室喉部下游,因为该位置较大的温度梯度和相对贫氧的环境导致涂层内部产生应力裂纹并难以自愈合。针对这个问题,必须通过控制钼层厚度、延长包渗时间和称重法检测等措施,以保证钼层足以形成足够厚度的涂层,同时实现完全的硅化而没有残留。通过这些措施可以提高涂层制备质量,保证发动机的工作可靠性。

高纯MoSi2粉体的高温自蔓延燃烧合成

以Mo粉和Si粉为原料,以NH4Cl为添加剂,通过自蔓延高温燃烧合成(SHS)的方法制备了高纯度的MoSi2材料.化学分析、荧光半定量分析和感应耦合等离子光谱仪(ICP-AES)分析结果表明,添加剂NH4Cl的加入能够对自蔓延燃烧合成的MoSi2粉体起到明显的净化效果.并通过XRD和SEM对燃烧合成产物的物相组成和形貌进行了分析,发现NH4Cl的加入对合成产物的物相组成没有明显影响,但可以大大降低合成产物的晶粒尺寸和团聚程度.

SiC/MoSi2复合材料的磨损性能及磨损机理研究

采用扫描电镜和能谱仪观察并测定了SiC/MoSi2复合材料与CrWMn钢对磨试样的磨损表面、磨屑形貌及磨屑成分,研究了SiC/MoSi2复合材料与CrWMn钢摩擦副的干摩擦磨损性能和磨损机理。研究结果表明,第二相SiC的引入对MoSi2的磨损行为具有显著影响,改变了MoSi2的磨损过程,SiC/MoSi2复合材料的耐磨性较纯MoSi2大为提高;SiC/MoSi2复合材料与CrWMn钢摩擦副的主要磨损机制为氧化磨损,并伴有轻微粘着磨损。

电场活化烧结MoSi2-SiC复合材料的温度场有限元模拟

在建立电场活化烧结(field activated sintering,FAS)过程模型基础上,对FAS工艺制备MoSi_2-SiC复合材料的温度场进行了有限元模拟.结果表明,在FAS过程中,模具-试样系统中的温度场特性是电场Joule热、体系化学反应热与模具传热效应的综合结果.在烧结过程中,由于Joule热与化学热的叠加作用,试样中心温度最高,并沿径向与轴向形成温度梯度,从而在晶粒尺寸与致密化程度方面影响合成材料的组织均匀性.此模拟结果为温度梯度的合理控制提供了理论依据,有助于获得组织均匀、晶粒细小且致密性高的复合材料.

基于MoSi2/316L连接梯度过渡层的组织与形貌

采用MoSi2/316L梯度过渡层,借助放电等离子烧结技术实现了MoSi2与316L不锈钢的连接,着重研究了MoSi2/316L连接梯度过渡层的组织、形貌、显微硬度及界面结合情况。结果表明,MoSi2/316L不锈钢梯度过渡层组织呈梯度分布,表现为宏观组织的不均匀性和微观组织的连续性,各梯度层的显微硬度基本呈梯度变化;梯度过渡层界面之间结合良好,没有明显的宏观界面,在各梯度层内部及界面都没有裂纹及大孔洞,界面结合紧密。

MoSi2基复合材料的制备及其强韧化机理

采用真空热压烧结技术制备了多种MoSi2基复合材料,研究了强韧相对复合材料组织与性能的影响,并对其复合强韧化机理进行了探讨。结果表明:强韧相的加入均能不同程度地提高MoSi2的强韧性,其强韧化效果取决于强韧相的数量、种类和含量,数量以两相为宜;其中两相强韧化5%SiC+5%Nb/MoSi2复合材料的性能较优,其显微硬度、断裂韧度、抗弯强度分别为12.86 GPa,11.42 MPa.m1/2,470 MPa,比热压烧结纯MoSi2分别提高了31.22%,223.5%和70.9%;多元MoSi2基复合材料的强韧化机理表现为各强韧相的协同作用,其效果取决于各强韧相之间的匹配性。

MoSi2基复合材料的摩擦学行为

采用热压烧结工艺,制备了TiC、TiCN和TiB2增强的MoSi2基复合材料.考察了MoSi2基复合材料的力学性能和摩擦学性能,采用扫描电子显微镜观察了复合材料的磨损表面形貌.结果表明:MoSi2-TiB2显示出了良好的烧结性能;第2相陶瓷的加入明显地提高了MoSi2的力学性能和摩擦学性能,其中MoSi2-TiC尤为明显.MoSi2磨损表面粗糙,并伴有一些微裂纹;MoSi2-TiC和MoSi2-TiCN磨损表面存在微犁削现象及一些剥落坑;MoSi2-TiB2磨损机制为轻微的磨粒磨损.

MoSi2／45^#钢在油润滑状态下的摩擦学性能研究

在M - 2 0 0型磨损试验机上进行了金属间化合物MoSi2 / 4 5 # 钢的摩擦磨损试验 ,考察了载荷和润滑状态对MoSi2 材料摩擦磨损性能的影响 ,采用扫描电子显微镜 (SEM)和微探针观察了其磨损形貌 ,并分析了其磨损机理。结果表明 :油润滑明显改善了MoSi2 材料的摩擦学性能。MoSi2 材料的磨损机理在低载荷 (5 0～ 80N)下主要表现为疲劳磨损和磨粒磨损 ,高载荷 (12 0N以上 )下以氧化磨损为主。载荷为 15 0N时 ,MoSi2 材料具有较好的综合摩擦磨损性能 ,摩擦系数和磨损率分别为 0 1和 0 0 0 9g·km-1。

MoSi2及其复合材料的研究、应用与发展

MoSi2以其优异的性能在材料领域应用日益广泛，尤其是作为高温结构材料使用极具发展潜力。本文概述了国内外MoSi2及其复合材料的应用现状，着重介绍了MoSi2基高温结构材料在MoSi2改性、增强体、合成方法及力学性能等方面的研究现状及其发展趋势。

低压等离子喷涂TaSi2/MoSi2涂层组织结构及性能研究

采用低压等离子喷涂技术制备了TaSi2/MoSi2涂层。通过XRD、SEM、EDS等手段分析了涂层氧化前后组织结构及相结构。结果表明,TaSi2/MoSi2涂层呈现典型的层状结构,组织结构均匀致密,孔隙率为3.1%;涂层由TaSi2和MoSi2两相组成,喷涂过程中未发生相结构转变;空气中1650℃氧化30min后,涂层表面生成致密和玻璃态SiO2保护膜,涂层具有良好的自愈合能力,表现出良好的高温抗氧化性能。

MoSi2材料的强韧化研究进展

综述了近年来MoSi2材料的强韧化研究进展，主要包括复合化Si3N4、ZrO2、SiC、TiC、La2O3、多种增强体和合金元素Al、Re、Nb对MoSi2性能的影响及强韧化机理，并展望了MoSi2材料的强韧化发展趋势。

MoSi2／Si3N4叠层复合材料的制备及结构表征

以金属间化合物MoSi2为基体,Si3N4为夹层材料,采用常压烧结法制备MoSi2/Si3N4叠层复合材料.通过SEM、XRD、EPMA等对其结构与性能进行分析.结果表明,所制备的叠层复合材料,其界面结合紧密,相容性好;界面处有相互扩散,无不良反应;低温韧性有所改善.

用非均相形核法制备Cu包裹MoSi2复合粉体

采用非均相形核法制备铜包裹MoSi2的复合粉体.利用场发射扫描电镜、X射线衍射仪、电子探针等分析手段对复合粉体进行表征,并讨论包裹结构的形成机制和影响因素.结果表明,采用非均相形核法可以制备出MoSi2颗粒表面被细小的铜微晶包裹的复合粉体;用壬基酚聚氧乙烯醚作为分散剂有助于提高纳米铜的稳定性,并能有效防止复合粉体的团聚,MoSi2颗粒的分散性得到显著改善,包裹效果较好;MoSi2颗粒大小和形状对复合粉体的包裹情况有较大影响;包裹结构取决于铜在MoSi2颗粒表面的沉积以及对复合粉体团聚的控制.