磁控溅射-热处理两步法制备Cr2AlC涂层及力学性能

Cr_2AlC属于三元层状化合物MAX相,其兼具金属和陶瓷的综合性能,如金属的导热、导电、可加工性,陶瓷的抗氧化、耐腐蚀等性能。利用直流磁控溅射技术和后续退火工艺在高速钢基体上制备了Cr_2AlC涂层,采用XRD、SEM等研究了气体流量及热处理工艺对涂层成分和物相组成的影响。结果表明：气体流量和退火温度对Cr_2AlC相的形成至关重要,气体流量比过大和退火温度过高均不利于Cr_2AlC的形成。不同气体流量下沉积态涂层主要由Cr-C化合物、非晶或者纳米晶等组成,均没有发现Cr_2AlC相;涂层经750℃退火后不同气体流量比涂层均有一定量Cr_2AlC相形成;且Cr_2AlC相形成的温度范围随CH_4/Ar气体流量比增加而变窄。含Cr_2AlC MAX相涂层的硬度为10.6-17.6GPa,弹性模量为255.3-323.4GPa。

TC4钛合金表面Cr_2AlC涂层的制备及高温氧化行为

目的为提高钛合金在高温条件下的服役性能,探索Cr_2AlC MAX相涂层对TC4钛合金高温氧化行为的影响。方法采用低温反应直流磁控溅射技术再经后续退火处理的方法,在TC4钛合金基体表面制备高纯度的Cr_2AlC MAX相涂层。利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜和能谱仪,分析了Cr_2AlC涂层试样和TC4钛合金经750℃静态空气恒温氧化前后的相结构、组织形貌和组分,并采用分析天平测定了TC4钛合金和Cr_2AlC涂层试样在750℃静态空气中氧化后的氧化动力学曲线。结果经750℃空气中氧化10 h后,TC4钛合金表面形成厚度达13μm的疏松团絮状TiO_2和Al_2O_3混合物氧化膜。而Cr_2AlC涂层表面能够形成以α-(Al,Cr)2O3为主的致密氧化膜,可有效阻止氧元素向内扩散。Cr_2AlC涂层试样在750℃空气中氧化90 h后的氧化增重仅为无涂层TC4钛合金在750℃空气中氧化10 h后的6.6%。结论 Cr_2AlC涂层具有优异的抗高温氧化性能,能够明显提高TC4钛合金的使用温度,使其氧化增重速率大幅降低。