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。     

铝化物涂层的高温氧化和腐蚀机理研究进展

铝化物涂层被广泛应用于发动机热端部件(如涡轮叶片)的防护,然而在服役过程中,铝化物涂层极易发生高温氧化与热腐蚀,导致失效。针对铝化物涂层在高温环境中服役失效的问题,重点介绍了铝化物涂层的高温氧化与热腐蚀机理、影响铝化物涂层的高温氧化与热腐蚀的因素,以及包括添加Cr、Si、Pt、活性元素等改性元素和进行预氧化处理在内的提升铝化物涂层的抗氧化性与耐腐蚀性能的方法。最后,展望了铝化物涂层高温氧化与热腐蚀研究的未来。     

单晶高温合金铂改性铝化物涂层的高温防护性能研究

采用化学气相沉积(CVD)方法在单晶高温合金基体上制备了单一铝化物和铂改性铝化物涂层,研究了两种涂层的高温氧化性能和抗燃气热腐蚀性能。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法分析了两种铝化物涂层的相成分和显微组织,结果表明:经1000℃氧化250h后,两种涂层的氧化动力学曲线均符合抛物线演变规律,Pt-Al涂层的抗氧化性能相对于单一Al涂层提高了55.5%,Pt元素的加入减缓β→γ′的相变速率,保证了高质量α-Al2O3保护膜的生成;经900℃燃气热腐蚀100h后,两种涂层的腐蚀动力学曲线均符合抛物线演变规律,Pt-Al涂层的抗燃气腐蚀性能相对于单一Al涂层提高了57.9%,Pt元素阻碍了内硫化的快速发生,保证Al2O3膜的完整性。     

改性元素对镍基合金表面铝化物涂层组织和性能的影响

单一铝化物涂层存在抗高温氧化性能及抗高温热腐蚀性能不足等问题，添加改性元素可以改变铝化物涂层的组织成分，添加改性元素通过影响氧化膜的转变与脱落、铝元素和氧元素的扩散，从而影响涂层的抗氧化性以及抗热腐蚀性能，改变涂层的力学性能。梳理了近年来有关改性元素对铝化物涂层的组织结构、抗氧化性能、抗热腐蚀性能以及力学性能的影响的相关研究，展望了未来镍基合金上改性铝化物涂层的发展方向。     

镍基高温合金上钯改性铝化物涂层的研究进展

钯改性铝化物涂层能提高铝化物涂层的抗高温氧化和耐热腐蚀性能,Pd元素的加入使NiAl相的高温稳定性更强,并能抑制部分基体合金元素向外扩散.与目前常用的铂改性铝化物涂层相比,钯改性铝化物涂层不会出现脆性相,通过工艺控制涂层中钯的浓度,涂层的力学性能不会受到钯的影响.综述了钯改性铝化物涂层的制备方法、结构、钯元素对涂层性能的影响及可能的形成机理,并展望了钯改性铝化物涂层的未来发展方向.     

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(1 350,1 400,1 450,1 500℃),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)Si₂(X为Zr、Cr和Ti),过渡层为稳定的Nb₅Si₃;涂层在1 600℃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，ZrO₂作为“氧化物钉”弥散在SiO₂玻璃膜中，涂层展现出良好的抗高温氧化性能。熔烧温度为1 350℃样品的抗高温氧化性能最优。     

Ti2AlNb合金表面射频溅射Al/Al2O3复合层的抗热震性能

为进一步提高Ti₂AlNb合金的抗高温氧化性能,在其表面射频溅射Al/Al₂O₃复合层,并于650℃下进行了抗热震性能研究,采用扫描电镜及能谱仪观察复合层形貌并分析其成分。结果表明:Al/Al₂O₃复合层平整致密,无贯穿裂纹,复合层中Al₂O₃层厚约1μm,Al层厚约14μm;热震循环50次时复合层表面出现了微小裂纹,随着热震循环次数增加,裂纹不断扩展,表层Al₂O₃颗粒增大;Al/Al₂O₃复合层能有效提高Ti₂AlNb合金的抗热震性能。     

沉积真空度对铝化物涂层相结构和高温氧化行为的影响

采用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)工艺,在沉积真空度为150mbar、200mbar和250mbar的条件下分别在镍基单晶高温合金基体上制备了三种铝化物涂层,研究了沉积真空度对铝化物涂层相结构和高温氧化行为的影响。借助X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等表征方法系统分析了三种铝化物涂层的相结构、显微形貌和化学组成。结果表明：三种沉积态铝化物涂层的相结构均为β-NiAl相,沉积真空度为200mbar的涂层样品还存在Ni_1.04Al_0.96和Ni_1.1Al_0.9双相结构;经1100℃静态氧化后,三种涂层表面均形成了Al₂O₃,β-NiAl相转变为γ′-Ni3Al相,沉积真空度为250mbar的涂层样品中γ′-Ni3Al相的峰强度最低;三种铝化物涂层的氧化增重速率分别为0.037g/(m²·h)、0.022g/(m²·h)和0.018g/(m²     

(Al11La3+Al2O3)/Al复合材料的高温性能及其强化机制

利用Al-La₂O₃的原位反应和粉末冶金工艺制备出(Al₁₁La₃+Al₂O₃)/Al复合材料。结果表明，高能球磨和高温烧结促进了原位反应，使Al与La₂O₃充分反应并制备出致密无缺陷的材料。对其微观组织的分析表明，微米Al₁₁La₃和纳米Al₂O₃颗粒均匀分散于基体之中。这种复合材料的室温抗拉强度为328 MPa、延伸率为10.5%,350℃的高温抗拉强度为119 MPa、延伸率为10.2%。与传统Al-Cu-Mg-Ag和Al-Si-Cu-Mg耐热铝合金相比，本文的制备的(Al₁₁La₃+Al₂O₃)/Al复合材料其高温抗拉强度提高了大约20%。这种材料的室温强化机制源于Al₁₁La₃和Al     

基于热障涂层的La2Zr2O7材料改性研究进展

随着航空发动机不断向高推重比、高性能方向发展,传统、单一的热障涂层(Thermal barrier coating, TBC)已经不能满足热端部件严苛的服役要求。锆酸镧(La₂Zr₂O₇)具有熔点高、高温下结构稳定、低热导率等优点,具有极好的隔热性能,有望成为新一代热障涂层候选材料,但在实际应用中仍存在两大关键问题,即热膨胀系数低和断裂韧性差。因此,La₂Zr₂O₇材料在服役过程中会因热失配而造成局部热应力集中,导致涂层过早剥落失效,严重影响涂层的服役寿命。国内外研究表明,对La₂Zr₂O₇材料进行改性可以有效解决上述问题。为此,系统分析了关于La₂Zr₂O₇材料改性的研究工作,将La₂Zr₂O₇材料改性总结为4类：第二相复合、稀土掺杂、纳米化和高熵化。重点介绍...     

Al2O3量对2219车铝板上等离子喷涂Ni层组织和摩擦性能的影响

将Ni与Al₂O₃微米颗粒实施混合,再将其通过等离子喷涂方法沉积到2219铝合金表面,控制合适的喷涂工艺参数得到Al₂O₃/Ni复合涂层,实验测试研究Al₂O₃量对涂层组织和摩擦性能的影响。研究结果表明:与原始粉末相比,对涂层XRD测试发现形成强度很高的Ni衍射峰,Al₂O₃相发生了峰强度减小。在涂层内形成了灰色的Ni组织区,Al与Al₂O₃则呈现黑色的状态。逐渐提高Al₂O₃加入量后,形成了更多的黑色组织。涂层获得了比2219基体更高的硬度,相对于基体组织提高了3倍以上,提高Al₂O₃加入量后涂层硬度获得提升。涂层内含有的Al₂O₃比例提高后,涂层发生了摩擦系数和磨损率降低。当Al₂O₃含量继续增加后,形成较多氧化物,表现为氧化磨损。随着Al₂O₃含量的增加,氧化磨损程度表现出增加变化。     

Pt改性梯度NiCrAlY涂层的热腐蚀行为研究

为了进一步提高NiCrAlY涂层的抗热腐蚀性能,利用电弧离子镀技术在DZ125合金表面分别沉积NiCrAlY/NiAl/Al涂层(coating A)、NiCrAlY/Pt/NiAl/Al涂层(coating B),再经真空扩散退火处理形成成分渐变的梯度涂层结构。在涂层中引入改性元素Pt以改善涂层的抗热腐蚀能力,对比研究了2种涂层体系在900℃不同混合盐中的热腐蚀行为;利用SEM、EDS、XRD以及EPMA分析了涂层经过热腐蚀后的微观形貌、物相组成和元素分布。结果表明：在900℃的K₂SO₄+Na₂SO₄混合盐中,coating A表面的氧化膜发生了大面积的剥落,coating B中的Pt抑制了S在涂层/氧化膜界面处的偏析,增强了氧化膜的黏附性。在900℃的NaCl+Na₂SO₄混合盐中,coating A的Cr元素和O元素分别发生了外扩散和内扩散,Cr外扩散易与S反应生成有害相Cr_xS_y。coating B中的...     

Al2O3保护层对高温下Pt/ZnO/Al2O3电极导电稳定性的影响

本工作研究了Al₂O₃保护层的厚度对高温下声表面波器件电极导电稳定性的影响, 采用激光分子束外延方法在Pt/ZnO/Al₂O₃电极上制备了不同厚度的Al₂O₃保护层。通过测量样品高温环境中的实时电阻, 发现Al₂O₃缓冲层的厚度对电极在高温下的导电稳定性的影响非常大。结果表明, 没有Al₂O₃保护层时, Pt/ZnO/Al₂O₃电极的电阻升温至800 ℃时开始急剧地增加。当包覆40 nm的Al₂O₃保护层时, 电极在升温至900 ℃以上才出现电阻值剧烈增加的现象。而随着Al₂O₃保护层厚度的增加, 电极的电阻在高温下的导电性能也更加稳定。SEM测试结果表明, 经过1000 ℃、1 h的高温测试后, Al₂O₃保护层越薄的Pt/ZnO/Al₂O₃电极, 结块形成的Pt颗粒越大与不连续的Pt空洞更多。这些结果为制备高温下稳定工作的声表面波器件提供了一条新的思路。     

惰性无机填料比例和颗粒尺寸对纳米Al/Al2O3 改性有机硅涂料抗高温氧化行为的影响

本文研究了纳米ZrO₂、亚微米碳化硅、微米玻璃粉(软化点450℃)填料含量对304不锈钢表面纳米Al/Al₂O₃改性有机硅涂层的600℃高温氧化行为的影响。在1000 h氧化测试过程中,不锈钢样品表面涂层未出现剥落,未观察到基体氧化膜,说明涂层具有良好的抗氧化性能。对氧化后样品的显微观察表明,ZrO₂、SiC和玻璃粉质量分数分别为7%、7%和3%时的涂层中未出现微孔,而玻璃粉质量分数为7%的两种涂层中则出现了大量的微孔。相应地,前者的氧化增重也仅为后两者的约60%,这说明减少玻璃粉的添加量,可消除涂层微孔,有利于提高涂层的抗氧化性能。     

稀土对Al-Zn-M g-Cu/Al2O3陶瓷界面润湿性的影响

采用真空座滴法和熔铸法研究了在Al-Zn-Mg-Cu 合金中加入稀土(Ce、Y) 对Al2Zn2M g2Cu/Al₂O₃陶瓷界面润湿性的影响。结果表明,Al-Zn-Mg-Cu 合金中加入稀土可有效降低铝合金/Al₂O₃界面的接触角, 改善界面结合状态; 稀土改善界面润湿性存在一最佳含量范围, 添加Ce 的最佳含量约为0. 5w t% , Y 约为0. 7w t%。稀土改善润湿性的作用主要是稀土与Al₂O₃膜、Al₂O₃陶瓷发生反应。Mg、Zn、Cu 等合金元素在界面富集并参与界面反应对润湿性有利; 稀土与Mg、Zn、Cu 等合金元素适当组合改善润湿性的效果比单一稀土明显。      

NiCrAlY涂层在模拟垃圾焚烧炉环境中的高温腐蚀行为

通过电弧离子镀制备NiCrAlY涂层，测试其在模拟垃圾焚烧炉环境中的高温腐蚀性能。结果表明：腐蚀初期，在涂层表面形成混合氧化层，外层由Al₂O₃和Cr₂O₅组成，内层为富Ni的氧化层，具有稳定的抗腐蚀能力。随着腐蚀时间的增加，Cl^-扩散至涂层/基体界面处，形成金属氯化物，破坏氧化层，形成疏松、多孔的腐蚀层。当温度升至550℃后，涂层腐蚀速度加快，涂层的腐蚀进程明显加速，涂层上的有效元素被快速消耗，导致涂层抗高温腐蚀能力严重下降。     

多孔Al2O3f/Al2O3复合材料研究进展

作为20世纪90年代兴起的一类连续陶瓷纤维增强陶瓷基复合材料,连续氧化铝纤维增韧氧化铝(Al₂O_3f/Al₂O₃)复合材料已经发展为与C_f/SiC、SiC_f/SiC等非氧化物复合材料并列的陶瓷基复合材料。以多孔基体实现基体裂纹偏转成为Al₂O_3f/Al₂O₃复合材料主要的增韧设计方法,形成的多孔Al₂O_3f/Al₂O₃复合材料具有优异的抗氧化性能和高温力学性能,可在高温富氧、富含水汽的中等载荷工况中长时服役,是未来重要的热结构材料。经过近30年的发展,多孔Al₂O_3f/Al₂O₃复合材料已被应用于航空发动机、燃气轮机等热端部件。本文综述了多孔Al₂O_3f...     

304不锈钢表面纳米铝改性有机硅涂层的高温氧化和电化学行为

研究了纳米铝改性有机硅高温涂层的固化、抗650℃高温氧化性能和耐3.5% NaCl水溶液电化学腐蚀性能。当聚氨酯:有机硅的质量分数达到1:3或更高时,有机硅涂料可以在24 h内完成常温固化。制备出的纳米铝改性有机硅高温涂层表面致密,没有微观裂纹等缺陷。纳米铝改性的有机硅涂层显著提高了304不锈钢抗氧化性能,经1028 h氧化实验,基体几乎没有发生氧化,涂层没有出现开裂和剥落。纳米铝改性的有机硅涂层还显著提高了氧化后的304不锈钢耐氯化钠水溶液腐蚀性能,无涂层的304不锈钢氧化后形成的氧化膜低频阻抗仅3.2 Ω·cm²,而涂装涂层的不锈钢的低频阻抗约为1.1×10⁵ Ω·cm²。     

锆合金表面Cr基涂层的耐高温氧化性能

用磁控溅射法在锆合金基体表面制备Cr和CrAl层,并使其在1200℃/1 h水蒸汽中氧化,用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等手段表征氧化前后涂层和Zr合金基体的微观结构,研究了两种涂层在(反应堆失水(LOCA)事故情况下的)高温蒸汽环境中的抗氧化性能。结果表明：在1200℃/1 h水蒸汽中氧化后没有涂层的锆合金基体表面生成厚度约为100 μm的氧化膜;而在Cr涂层表面生成的致密Cr₂O₃层其厚度约为4 μm,表明氧化速率显著降低。CrAl涂层氧化后表面生成致密的Cr₂O₃和Al₂O₃混合氧化层,其厚度只有0.8 μm,表明氧化速率进一步降低。这些结果表明: 用磁控溅射法在锆合金表面制备的Cr和CrAl涂层,在1200℃水蒸气环境中均表现出良好的耐氧化性能。在Cr涂层表面生成的氧化膜厚度约为未涂层锆合金氧化层的1/25,CrAl涂层氧化膜厚度低于锆合金表面氧化层的1/100。     

氧化铝/氧化硅溶胶对碳纤维表面的处理及应用

采用溶胶-凝胶( sol-gel) 技术, 以正硅酸乙酯、三氯化铝和硝酸铝为基本原料, 按3Al₂O₃/2SiO₂的组成配制成溶胶。将此溶胶对碳纤维进行涂覆并无机化, 得到纤维单丝表面均匀致密的氧化物涂层。在高温下此涂层可从氧化物转变为莫来石晶型。涂层对碳纤维的高温抗氧化性有显著提高, 并且增强了碳纤维与铝基体和碳化硅陶瓷基体的复合性能。