放电等离子烧结Y掺杂Mo-Si-B涂层的高温抗氧化性能

稀土元素的掺杂可提升MoSi_(2)体系涂层的高温抗氧化性能,但稀土元素Y对于MoSi_(2)涂层抗氧化性能的影响机理还尚未明确。以Nb-Si基合金为基体,采用放电等离子烧结技术(SPS)在其表面制备Y掺杂(1 wt.%)的33Mo-62Si-5B(at.%)涂层。通过1250℃高温氧化试验,研究涂层的高温氧化行为以及Y对涂层高温抗氧化性能的影响。结果表明:涂层主要由MoSi_(2)、MoB、Mo_(5)Si_(3)和SiO_(2)相构成,Y在涂层中以Y_(2)Si_(2)O_(7)颗粒的形式弥散分布于SiO_(2)相内部。包覆Mo-Si-B涂层的合金样品在氧化试验初期出现质量损失,其100 h后的氧化增重高于包覆Y掺杂Mo-Si-B涂层的合金样品,表明Y掺杂涂层具有更好的高温抗氧化性能。氧化后涂层表面形成由晶态SiO_(2)、硅硼玻璃相(SiO_(2)-B_(2)O_(3))和Y_(2)Si_(2)O_(7)颗粒构成的氧化膜。阐明Y提升Mo-Si-B涂层抗氧化性能的作用机理:在涂层表面优先形成的Y_(2)O_(3)加速了晶态SiO_(2)和硼硅氧化膜的形成,随后形成的Y_(2)Si_(2)O_(7)阻碍了O的内扩散,使Y掺杂Mo-Si-B涂层抗氧化性能得到提高。

激光熔覆Y改性Mo-Si-B涂层的抗高温氧化性能研究

为进一步改善涂层的显微组织,提高涂层的抗高温氧化性能,本文利用激光熔覆工艺在Nb-Si基合金表面制备含Y和含Y_(2)O_(3)的Mo-Si-B涂层,探索Y和Y_(2)O_(3)对Mo-Si-B涂层结构和抗高温氧化性能的影响。结果表明,添加Y和Y_(2)O_(3)的Mo-Si-B涂层主要由t-MoSi_(2)相、h-MoSi_(2)相、Mo5Si3相和少量MoB_(2)相组成。添加Y能促进Mo-Si-B涂层中元素的扩散,使涂层中的化学组成、组织结构分布更加均匀,MoSi_(2)相尺寸减小,共晶组织增多并且细化。而添加Y_(2)O_(3)的Mo-Si-B涂层中含有大量的Mo_(5)Si_(3)相,基体对涂层的稀释作用较大。在1250℃空气环境下氧化60 h后观察涂层的高温氧化行为,发现添加Y元素提高了Mo-Si-B涂层的高温抗氧化性能,而添加Y_(2)O_(3)后涂层的抗氧化能力显著下降。添加Y的Mo-Si-B涂层表面快速形成了连续且致密的氧化膜,这是因为Y元素的添加细化了涂层的晶粒,使保护性元素可以更快速地扩散到涂层表面,与氧发生反应形成保护性的硅硼酸盐氧化层,有效促进Mo-Si-B涂层表面氧化膜的形成,提高Mo-Si-B涂层的抗高温氧化性能;添加Y_(2)O_(3)的Mo-Si-B涂层抗氧化相为Mo_(5)Si_(3)相,Si含量降低,因此在氧化过程中生成了大量含Nb的尖晶石型氧化物,破坏硅硼玻璃相氧化膜的连续性,导致含Y_(2)O_(3)的Mo-Si-B涂层抗高温氧化性能变差。

Nb-Si基合金表面Mo-Si-B涂层制备及抗氧化性能

为提高Nb-Si合金的抗高温氧化性能,在其表面制备Mo-Si-B涂层。通过Thermo-Calc计算的方法,从热力学角度分析NaF和AlF_3两种激活剂对Si-B二元共渗的影响。结果表明:以NaF为激活剂时可以实现Si-B的二元共渗,而以AlF3为激活剂时,难以实现Si-B的二元共渗。通过爆炸喷涂结合包埋渗的方法在Nb-Si合金表面成功制备Mo-Si-B涂层,涂层主要由有弥散硼化物分布的MoSi2外层和未反应的Mo内层构成。涂层在1250℃氧化100h后涂层的氧化增重仅为1.52mg/cm^2,良好的抗高温氧化性能是由于涂层在高温氧化过程中形成了一层具有保护性的硼硅酸盐层。

等离子喷涂制备Mo-Si-B复合涂层的高温抗氧化行为研究

本文采用等离子喷涂法在钼电极表面制备了Mo-Si-B复合涂层,利用SEM观察涂层的显微形貌,通过XRD分析涂层的物相组成,通过DSC-TGA考察了涂层钼电极在空气环境中的抗氧化行为。结果表明:当Mo∶B∶Si添加比例达3∶1∶1时,钼电极的涂层由MoSi_2相和MoB相组成,涂层的内部致密,与基体钼电极结合紧密;在抗氧化过程中,涂层经历了氧化增重、平稳运行、再次增重3个阶段;涂层物相最终转化为MoSi_2相、Mo_5Si_3相、B_2O_3相和Si O2相。