纳米和微米ZrB_(2)-SiC粉末对涂层抗烧蚀性能的影响

310S耐热不锈钢因具有抗氧化、耐腐蚀等优良性能的同时,亦具有良好的耐高温性能,在工业中得到较为广泛的应用。但在高温高速焰流冲刷等极端环境下的氧化失效限制了其实际应用。表面涂层技术是提升基体耐高温、耐烧蚀能力的有效手段。选用纳米团聚粉末和常规微米ZrB_(2)-SiC粉末,利用超音速等离子喷涂在310S耐热不锈钢基体上制备以CoCrAlYTa为粘结层、ZrB_(2)-SiC为陶瓷层的复合涂层,对两种涂层分别进行了氧-乙炔高温烧蚀试验。采用XRD、EDS、SEM分析涂层组织结构。结果表明:纳米团聚粉末(n-ZS)涂层表面孔隙和微裂纹较微米商用粉末(m-ZS)涂层大幅减少,涂层更为致密;m-ZS涂层的耐烧蚀时长达600 s,较n-ZS涂层耐烧蚀时长提升12倍左右。

碳/碳复合材料表面MoSi_2-SiC复相陶瓷涂层及其抗氧化机制

对ＭｏＳｉ２－ＳｉＣ复相陶瓷涂层的显微形貌、相组成及成分进行了观察与分析，考察并研究了有涂层的碳／碳复合材料在１６５０℃以下温度的等温氧化性能，以及涂层的结构与组成对抗氧化性能的影响，阐明了涂层的抗氧化过程及机理，并进一步提出了合理的涂层结构．结果表明。

MoSi_2-SiC抗氧化涂层对碳/碳复合材料弯曲性能的影响

在 C/C复合材料表面制备了 Mo Si2 - Si C抗氧化涂层 ,分析了涂层工艺对 C/C复合材料组织的影响 ,测试了材料的室温弯曲力学性能。结果表明 ,该工艺在 C/C复合材料表面生成抗氧化涂层的同时 ,基材内部的层间和纤维束界面 ,以及孔隙周围也被硅化。C/C复合材料经涂层工艺处理后 ,弯曲断裂行为发生改变 ,弯曲强度明显升高 ,塑性有一定程度的降低。

C/C复合材料ZrB_2-SiC基陶瓷涂层制备及烧蚀性能研究

为提高C/C复合材料的抗烧蚀性能,采用两步刷涂-烧结法制备了ZrB2-SiC基陶瓷涂层。首先利用反应烧结制备ZrB2-SiC-ZrC过渡层,并在此基础上制备了ZrB2-20%SiC-5%Si3N4、ZrB2-15%SiC-20%MoSi2、ZrB2-15%SiC-20%TaC 3种外涂层。利用XRD和扫描电镜研究了涂层的相组成和显微形貌,并采用氧乙炔焰烧蚀仪测试了涂层在2 500℃、60 s的抗烧蚀性能,探讨了涂层的高温烧蚀机理。结果表明:利用反应烧结制备的过渡层与基体结合紧密,且与外涂层无明显分层现象,起到了良好的过渡作用;由于Si3N4及MoSi2起到了烧结助剂作用,使ZrB2-20%SiC-5%Si3N4、ZrB2-15%SiC-20%MoSi2外涂层结构较为致密;ZrB2-20%SiC-5%Si3N4、ZrB2-15%SiC-20%MoSi2涂层表现出了较好的抗烧蚀性能,其中ZrB2-20%SiC-5%Si3N4涂层线烧蚀率及质量烧蚀率分别为0.075 mm/s、0.008 1 g/s,ZrB2-15%SiC-20%MoSi2涂层线烧蚀率及质量烧蚀率分别为0.018 mm/s、0.0064 g/s,而ZrB2-15%SiC-20%TaC涂层由于结构较为松散,未能起到有效的氧化防护,导致涂层被烧穿。

等离子喷涂制备ZrB_2-SiC涂层及其抗氧-丙烷焰流烧蚀性能

为提高C/C复合材料的抗高温烧蚀性能,利用大气等离子喷涂技术在C/C复合材料表面制备ZrB_2-SiC复合涂层,并对其进行抗高温氧-丙烷焰流烧蚀试验。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析仪(EDS)对涂层的物相成分、微观形貌等进行检测分析。结果表明:大气等离子喷涂能在C/C复合材料表面制备出均匀致密的ZrB_2-SiC复合涂层,涂覆有ZrB_2-SiC涂层的C/C复合材料分别承受1 600、1 700和1 800℃的氧-丙烷焰流烧蚀300 s后依次增重0.63%、0.76%和0.71%,而烧蚀600s后试样质量烧蚀率分别为9.42×10^(-5)、2.04×10^(-4)和1.04×10^(-3)g/s。ZrB_2-SiC涂层显著提高了C/C复合材料的抗烧蚀性能,涂层氧化生成的玻璃态SiO_2能有效填充孔隙。直到SiO_2耗尽,涂层烧蚀后的孔洞成为环境中的氧进入基体的通道,导致基体烧蚀。

等离子喷涂制备ZrB_2-SiC复合涂层及其静态烧蚀性能

目的提高C/C复合材料的抗静态烧蚀性能。方法利用大气等离子喷涂技术在C/C复合材料表面制备ZrB_2-SiC复合涂层,对其进行1500℃的静态烧蚀实验。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析仪(EDS)对涂层的物相成分、微观形貌等进行检测分析。结果采用大气等离子喷涂制备的ZrB_2-SiC涂层是由熔融的粉末粒子紧密堆积而成,呈现典型的层状结构,涂层均匀完整地覆盖于C/C基体表面,厚度约为200μm。涂覆有ZrB_2-SiC复合涂层的C/C复合材料试样在1500℃分别氧化2,3,4 h后,试样依旧保持完整,C/C基体未遭受损伤,试样的质量增加率依次为3.39%,2.95%,4.25%。结论采用大气等离子喷涂技术能够在C/C复合材料表面制备出厚度均匀、结构致密的ZrB_2-SiC复合涂层,ZrB_2-SiC复合涂层使C/C复合材料的抗静态烧蚀性能显著提高。

低压等离子喷涂ZrB_2-SiC复合涂层烧蚀机理研究

采用喷雾干燥制备出适用于低压等离子喷涂的ZrB2-SiC复合粉体，采用低压等离子喷涂可在石墨基体表面制备ZrB2-SiC复合涂层，研究了粉体和所制备的涂层组织形貌、相结构及烧蚀防护机理。结果表明：ZrB2-SiC复合粉体呈现良好球形，粒度介于20～50μm，流动性可达28s/50g；所制备的涂层呈现典型的等离子喷涂特征，涂层孔隙率为6.8%，结合强度达10.3MPa，物相与粉体一致；涂层经等离子弧烧蚀后呈现三种不同形貌区域，其中，中心高温区呈现ZrO2熔化再结晶形貌，过渡中温区由于熔融的SiO2有效填充涂层表面缺陷而呈现致密平整结构，边缘低温区因B2O3、SiO2熔融量不足无法填充缺陷而较多地保留喷涂态形貌。

碳复合材料的Si-SiO_2-SiC抗氧化涂层研究

以石墨、白刚玉、矾土熟料、α-Al2O3为主要原料制备了碳复合材料的基体试样,将基体试样置于密闭的匣钵中并用Si颗粒包埋,经1600℃1h烧成。研究发现在高温及缺氧气氛条件下,埋Si基体试样烧后,在基体的表面反应形成了Si-SiO2-SiC涂层,反应过程的体积膨胀效应增加了表面涂层的密实度。在常压、空气中,烧后试样于1300℃分别进行0.4h和5h的氧化试验,结果表明随氧化时间的延长,试样表面的Si不断氧化,形成了连续、密实的SiO2薄膜,堵塞气体侵入的通道,赋予试样优良的抗氧化性能。在涂层与基体的结合部位为富含SiC的过渡连接层,在涂层的外表面为SiO2的表面涂层,涂层为具有良好抗热震性能的功能梯度涂层。

熔盐法在石墨表面中温制备MoSi_2-SiC复合涂层

采用熔盐法在石墨表面制备MoSi2-SiC复合涂层，利用X射线衍射分析﹑扫描电镜及能谱分析等手段对涂层的组织结构与形成机理进行研究，并考察涂层的高温抗氧化性能。结果表明：复合涂层由MoSi2和SiC两相组成，基体内部残留少量未完全硅化的Mo2C。涂层致密，与基体结合紧密，并且均匀连续的包覆整个样品表面，涂层厚度约为60μm。涂层制备在中温环境（900～1000℃）下进行，因而样品不会产生过大的热应力，可避免涂层表面出现贯穿性裂纹。该复合涂层样品在1500℃的静态空气中保温100 h之后，质量增加0.24%，证明涂层具有良好的抗氧化性能。

石墨和C/C复合材料表面ZrB2-SiC陶瓷涂层的研究进展

C/C复合材料具有优异的高温力学性能,是航空航天领域最具发展前景的结构材料之一,但在高温含氧环境中的氧化问题严重地限制了其实际应用。涂层技术是提升基体抗氧化能力的有效手段,因ZrB2-SiC陶瓷涂层具有优异的抗氧化、抗烧蚀、抗热震等性能,非常适合作为C/C复合材料的高温防护涂层。首先,介绍了ZrB2-SiC陶瓷涂层在氧化和烧蚀过程中组织结构的演变规律,阐明了该涂层的高温防护机理;然后,综述了该涂层的主要制备方法(包埋法、CVD、等离子喷涂)及每种方法的优点与不足,并对不同方法所制备涂层的抗氧化性和抗烧蚀性进行了比较;之后,针对该涂层研究和应用中存在的问题,如涂层致密性差、元素分布不均匀、应用温度范围窄、与基体热匹配性差等,从粉体改性和掺杂改性两方面总结了该涂层的改性研究现状,重点阐述了对ZrB2-SiC粉末进行喷雾造粒和感应等离子球化处理对于提升等离子喷涂涂层性能的重要意义;最后,从涂层制备、涂层结构设计、涂层改性、涂层性能测试等方面,指出了该涂层体系存在的主要问题和未来的发展方向。

熔盐法制备C/C复合材料表面MoSi_2-SiC涂层的结构与性能

采用两步熔盐法于900～1 000℃下在C/C复合材料表面制备MoSi2-SiC复合涂层,即在含仲钼酸铵的熔盐中制备Mo2C涂层,然后通过熔盐渗硅生成MoSi2-SiC复合涂层。用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）与能谱分析（EDS）等方式研究涂层的组织结构,并测试涂层在1 500℃下的抗氧化性能和抗热震性能。同时对涂层氧化后的组织结构进行分析。结果表明：复合涂层主要由MoSi2和SiC两相组成,涂层与C/C基体结合处仅有少量未反应的Mo2C。涂层整体致密,与基体结合良好,均匀地包覆整个基体表面,厚度约为100μm。涂层样品在1 500℃的静态空气中氧化42 h后,涂层表面仍保持完整,质量损失率仅为2.79%。1 500℃下经历30次热震实验后,样品的质量损失率为1.96%,涂层具有良好的抗氧化和抗热震性能。

Al_2O_3-SiC复合涂层的制备及性能研究

采用大气等离子喷涂方法制备了不同SiC晶须含量的Al_2O_3-SiC复合涂层,研究了晶须含量对涂层的微观结构、硬度和弹性模量等的影响。结果表明:随着喷涂粉末中SiC晶须的含量增大,Al_2O_3-SiC复合涂层的孔隙率增加,而涂层的显微硬度降低。随着与涂层/基体结合面距离的增加,涂层的显微硬度呈现先增加后降低的趋势。纳米压痕的测试表明,随压痕深度增加,涂层的弹性模量先增大后降低,最后趋于稳定。在现有的研究范围内,SiC晶须含量为10%的复合涂层的韧性优于5%和15%的复合涂层。

高温氧化及热震对SiC/ZrB2-SiC/SiC涂层炭/炭复合材料力学行为的影响

为提高炭/炭(C/C)复合材料的高温抗氧化性能,同时分析涂层制备及高温氧化对涂层材料力学行为的影响,在C/C复合材料表面采用反应熔渗、料浆涂刷结合化学气相沉积工艺制备了SiC/ZrB2-SiC/SiC三层高温抗氧化涂层。利用SEM和XRD分析复合涂层的微观结构和相组成,考察涂层复合材料1500℃高温抗氧化和1500℃-室温的抗热震性能,研究高温氧化及热震对涂层C/C复合材料力学行为的影响。结果表明,复合涂层试样1500℃静态空气环境下具有优异的抗氧化及抗热震性能:1500℃氧化20 h后试样保持增重,1500℃至室温热震50次后增重为0.69%。因涂层制备过程中粉料的渗入反应,复合材料弯曲强度增长了7.08%。在经历1500℃氧化20 h和1500℃至室温50次热震后,涂层复合材料弯曲强度有所下降,且因材料界面结合力的减弱使得纤维拔出特征明显,材料塑性断裂特征增强。

钼合金表面ZrB_2-SiC抗氧化涂层研究

钼及钼合金由于优异的机械性能而广泛应用于能源、航空航天、核工业等领域。但钼及钼合金的易氧化性限制了其在高温环境下的进一步应用。采用超音速等离子喷涂在钼基体表面制备ZrB2-SiC复合涂层,利用XRD和SEM等检测分析研究涂层的微观结构和物相组成,研究涂层在不同温度的氧化行为,分析氧化机理,结果表明,氧化后涂层表层形成粒子堆垛状,形成致密度较好的含有ZrO_2、ZrSiO_4高熔点颗粒的SiO_2玻璃相表面层,有效阻挡氧气向基体的扩散。

等离子喷涂TiB_(2)-SiC复合涂层及其热稳定性研究

利用喷雾干燥重构微米级TiB_(2)-SiC喷涂团聚粉,借助等离子喷涂成功制备了TiB_(2)-SiC复合涂层。结果表明,包覆结构可减缓SiC高温分解,获得TiB_(2)、SiC主相共存的复合涂层。通过显微硬度测定及Weibull分布发现,当SiC质量分数为5%时,复合涂层的平均显微硬度为1088.8 Hv_(0.2),分散性系数β为9.2,均高于含20 wt%SiC制备的涂层,表明其具有更稳定的性能和结构。通过900℃和1000℃高温热冲击性及抗氧化性能测定发现,TiB_(2)-5 wt%SiC制备的复合涂层具有更为优异的抗热冲击性能和抗高温氧化性能。

C/C复合材料ZrSi2-TaB2-SiC复合涂层的组织结构与性能

采用三次包埋法在C/C复合材料表面制备了ZrSi_(2)-TaB_(2)-SiC复合涂层。对其进行了1500℃静态抗氧化实验和抗热震性能测试,借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS),对涂层氧化前后的组织结构和微观形貌进行表征。结果表明:所制备的ZrSi_(2)-TaB_(2)-SiC复合涂层外层疏松内层致密,涂层与涂层之间以及涂层与基体之间相互嵌合,且生成的(Zr,Ta)B_(2)固溶体相均匀嵌布在涂层中。该涂层在1500℃静态空气中保护基体168 h,质量损失率只有2.91%;经历从室温到1500℃的热循环30次,质量损失率仅3.10%,具有优异的静态抗氧化和抗热震性能。这归功于ZrSi_(2)-TaB_(2)-Si C复合涂层的结构,以及涂层氧化后生成Zr-Ta-Si-O复相玻璃层。在高温下,稳定的高熔点ZrO_(2)、Ta_(2)O_(5)和ZrSiO_(4)作为“镶嵌相”弥散在玻璃相中,起到“钉扎”作用,提升了涂层的抗氧化性能。

C_(f)/C复合材料的ZrB2-SiC基抗氧化涂层研究进展

C_(f)/C复合材料具有低密度、高热导率、优秀的抗侵蚀性能和良好的抗热震性能等优点,在高超声速飞行器、飞机刹车盘和火箭喷管等高端结构材料领域具有广阔的应用前景。然而,由于C_(f)/C复合材料的高氧化敏感性,其易产生严重的化学烧蚀和服役性能退化等问题。在C_(f)/C复合材料表面制备ZrB_(2)-SiC基超高温陶瓷基涂层是上述问题的最有效解决方案。基于此,本文综述了ZrB_(2)-SiC基超高温陶瓷涂层的组成/结构设计和抗氧化性能及强化机理的研究现状,系统地分析了ZrB_(2)-SiC基陶瓷涂层常用制备方法的原理和优缺点,并且对本领域研究的未来发展方向进行了展望。

激光熔覆ZrB_(2)-SiC增强Cu基复合涂层的微观结构与摩擦学性能

为了提高铜表面的强度和耐磨性,以复合粉末(Zr、Si、Ni包B_(4)C、Cu)为原料,采用激光辅助原位合成技术,在纯铜基体表面制备了ZrB_(2)-SiC/Cu复合涂层。通过XRD、SEM和TEM分析了复合涂层的表面形貌、微观结构、相组成和界面结合,并测试了不同增强相含量熔覆层的硬度和摩擦学性能。结果表明:通过设计的原位化学反应成功在铜基体内合成了微米级针状ZrB_(2)和纳米级颗粒状SiC。增强相均与基体形成了清洁、无杂相的界面。2种不同维度与尺寸的增强体,通过多种强化机制,显著改善了复合涂层的力学性能;通过调整激光工艺参数可实现增强体尺寸的控制,随着增强相含量的提高,复合涂层的平均硬度和耐磨损性逐渐增加。当增强相含量为30%(质量分数,下同)时,复合涂层的平均硬度(HV0.2)为3028 MPa,约为纯铜的5.6倍。30%增强相涂层的载流磨损率与10%增强相的涂层相比,降低了约80%。较高含量增强相的复合涂层表现出优异的摩擦学性能。

ZrB_2-SiC复相陶瓷涂层制备及其保护C/C-SiC复合材料性能

为提高C/C-SiC复合材料的超高温抗烧蚀性能,通过浆料涂刷和高温烧结相结合的方法在C/C-SiC复合材料表面制备了ZrB_2-SiC复相陶瓷涂层,利用EDS、SEM对涂层的成分及微观形貌进行了分析。对涂层材料的力学性能和抗烧蚀性能进行了表征,结果表明:制备的ZrB_2-SiC复相陶瓷涂层保护C/C-SiC复合材料的拉伸强度、弯曲强度及剪切强度分别为147MPa、355MPa和21.9MPa,与无涂层保护的针刺C/C-SiC复合材料的力学性能相比略有下降。涂层材料具有良好的抗氧化烧蚀性能,经过热流密度为3 200kW/m2的氧乙炔火焰烧蚀600s试验,其线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.001mm/s和0.0006g/s。

不同Ni60-SiC比例及厚度等离子熔覆层的组织及性能

为了提高热锻模具的使用寿命,以W6Mo5Cr4V2为模具钢,在其表面通过等离子熔覆制备了Ni60-SiC金属陶瓷层。用X射线衍射仪对不同Ni60-SiC配比及厚度的熔覆层进行了物相鉴定;用光学显微镜对熔覆层的显微组织进行了分析,用维氏硬度计测定了熔覆层的显微硬度。结果表明:熔覆层厚度为3mm、Ni60-25% SiC混合粉末所得熔覆层具有最好的冶金结合和最佳的显微硬度。