渗硅对Mo-12Si-8.5B-(8Cr)合金抗高温氧化性能的影响

在Mo-12Si-8.5B-(8Cr)两种合金表面包埋渗制备硅化钼涂层,以改善Mo-12Si-8.5B合金的高温抗氧化性能,分析了材料的微观组织结构及其高温氧化行为。结果表明:通过包埋渗技术在Mo-12Si-8.5B合金表面获得了一层致密的硅化物涂层,添加Cr的合金表面硅化物涂层生长速率约是不含Cr合金的2倍。未渗硅处理的合金在800~1200℃的高温抗氧化性能较差。渗硅后Mo-12Si-8.5B和Mo-12Si-8.5B-8Cr合金在1200℃氧化60 h质量仅减少0.22和0.24 mg/cm~2。渗硅处理大幅度地改善了合金的高温抗氧化性能,归因于硅化钼涂层表面连续致密氧化膜的形成。     

钼及钼合金表面高温防护涂层的研究进展

系统总结了国内外关于钼及钼合金表面高温防护涂层的最新研究成果，分析了钼在不同温度区间的氧化特征，并基于涂层组织结构稳定性、涂层缺陷、涂层与基体界面结合强度、界面物理和化学相容性、氧扩散等多方面，概述了钼及钼合金表面高温防护涂层的性能要求。归纳了现阶段应用于钼及钼合金表面的高温防护涂层体系，主要包括单一硅化物涂层、改性的硅化物涂层、硅化物基梯度复合涂层、铝化物涂层、耐热合金涂层和氧化物涂层，重点讨论了涂层的成分和结构对其抗高温氧化性能的影响。同时，对比介绍了钼及钼合金表面高温防护涂层常用的制备方法，主要包括料浆烧结法、包埋渗法、等离子喷涂法、熔盐法、化学气相沉积法、磁控溅射法等。最后，对钼及钼合金表面高温防护涂层现阶段存在的问题及未来发展方向进行了展望。     

铌硅基超高温合金Si-Ce共渗层的组织及高温抗氧化性能

采用Si-CeO2包埋共渗的工艺在铌硅基超高温合金表面制备了Si-Ce共渗层,研究了其在1250℃时的恒温氧化性能.采用XRD、SEM及EDS分析了Si-Ce共渗层氧化前后的相组成、组织形貌及微区成分.结果表明:Si-Ce共渗层具有明显分层的结构,由外至内依次为(Nb,X)Si2(X表示Ti,Hf和Cr)外层和(Ti,Nb)5Si4过渡层,且Si-Ce共渗层的生长符合抛物线的动力学规律;1250℃的氧化结果显示,Si-Ce共渗层的氧化动力学曲线遵循抛物线规律,其抛物线速率常数比未制备渗层的基体合金低4个数量级,说明其具有优异的高温抗氧化性能.     

包埋工艺对钼表面Si-B-Y复合涂层氧化行为的影响

在纯钼基体表面分别采用共渗包埋法和两步包埋法两种工艺制备了Si-B-Y复合涂层。采用XRD和SEM分析了两种包埋工艺制备的Si-B-Y复合涂层的物相组成及截面形貌;评价了涂层在1150℃大气环境下的循环抗氧化性能。结果表明:两种包埋工艺制备的Si-B-Y复合涂层与基体结合紧密,且两步包埋工艺制备的涂层更加致密;经1150℃循环氧化275 h后,两步包埋法制备的涂层孔洞层厚约10μm,仅为共渗涂层孔洞层厚的1/5,具有良好的抗热震性能;两种复合涂层在1150℃循环氧化前105 h过程中均遵循抛物线氧化规律,其中两步包埋法制备的Si-B-Y复合涂层的氧化速率常数为1.20×10~(-4)mg~2/(cm~4·h),较共渗包埋涂层(5.60×10~(-4)mg~2/(cm~4·h))低近78%,这说明两步包埋法所得Si-B-Y复合涂层的高温抗氧化性能较共渗包埋法的优异。     

渗硅TiAl基合金高温循环氧化动力学分析

用最小二乘法对渗硅TiAl基合金在900、1000、1100和1200 ℃的循环氧化数据进行了拟合.结果表明:渗硅TiAl基合金900 ℃氧化在所测试的118 h内氧化动力学曲线呈抛物线规律;1000 ℃氧化在0～50 h之间呈抛物线型规律,50～118 h之间呈直线型氧化规律;1100 ℃氧化在0～4 h之间呈抛物线型规律,4～8 h之间呈直线型氧化规律,8～16 h呈二次型加速氧化规律,16 h出现剥落现象;1200 ℃循环氧化在0～4 h呈二次型加速氧化规律,4 h后出现剥落现象.相应的氧化速率常数为:900 ℃时Kp≈4.924×10-5 mg2cm-4h-1,1000 ℃时Kp≈7.778×10-5 mg2cm-4h-1,1100 ℃时Kp≈9.392×10-2 mg2cm-4h-1.并对渗硅层在温度超过1000 ℃后的氧化机制进行了初步探讨.     

铌基超高温合金包埋渗铝改性硅化物涂层结构

利用包埋渗法在新型铌基超高温合金表面制备了铝改性的硅化物抗氧化涂层,分析了涂层的相组成、结构及其组织形成过程。涂层制备采用先在1150℃包埋渗硅4h,然后再于800-1000℃包埋渗铝4h的方法。结果表明：渗硅后涂层的相组成为（Nb,X）Si2（X代表Ti,Cr和Hf元素）;再于各温度包埋渗铝后,（Nb,X）Si2层中的平均铝含量随包埋渗铝温度的升高而增加,最高可达10.84at%;当包埋渗铝温度为860-1000℃时会在渗硅层与基体间形成新的铌铝金属间化合物层,且渗入（Nb,X）Si2层中的铝会在局部形成Nb3Si5Al2相。     

微波热处理制备硅化物涂层及其抗高温氧化性能

通过微波加热包埋渗法在高铌钛铝合金基体上制备了硅化物涂层,微波加热功率2.6 kW,埋渗时间2 h。利用扫描电镜、能谱分析和X射线衍射等手段研究了氧化前后涂层的表面形貌、截面形貌、涂层中元素分布和物相组成。结果表明：涂层外部主要物相为TiSi2和NbSi2,并有少量的Ti5Si3和Nb5Si3相,厚度约为15μm;内侧涂层有大约15μm的富铝层。1000℃下氧化100 h的氧化动力学测试结果表明：高铌钛铝合金渗硅后的抗高温氧化性能、抗剥落性能有了显著提高,其单位面积增重量和剥落量分别是0.5714 mg/cm2和0.7143 mg/cm2,仅为无涂层试样氧化增重量和剥落量的1/22倍和1/59倍。     

镍基高温合金渗Al-Si涂层抗高温氧化性能研究

用料浆法在DZ4镍基高温合金表面“二次”制备Al-Si涂层，依据GB／T13303-91对DZ4合金料浆渗铝硅试样进行1100℃×300h抗高温氧化实验。为便于比较，DZ4裸合金也进行了同炉氧化实验。用SEM、XRD对氧化后的表面及截面形貌、相组成进行了分析。结果表明，DZ4合金渗Al-Si涂层的氧化动力学曲线基本遵循抛物线规律，其抗氧化性能优于DZ4裸合金。     

包埋渗结合激光熔覆制备复合涂层的高温抗氧化性

为了提高铌合金的抗氧化性能,采用铝硅共渗的方法在铌合金表面制备Al-Si涂层,结合激光熔覆技术于渗层上熔覆MOSi2涂层。探讨了Al-Si渗层的生长机制,研究了铌合金表面Al-Si渗层及MoSi2/Al-Si涂层的抗高温氧化性能。结果表明:Al-Si渗层的形成过程是源于Al、Si元素的先后沉积,优先形成了Al3Nb相。渗层厚度x与保温时间f遵循关系式:x=At1/2+7.4(1000℃:A=11.6,1050℃:A=16.2)。激光熔覆制备的MoSi2/Al-Si涂层均匀连续致密,与基体结合紧密,无裂纹孔洞等缺陷。主要相结构为MoSi2、Al3Nb、NbSi2、Nb5Si3和Mo(Si,Al)2。经1200℃氧化后,Al-Si渗层及MoSi2/Al-Si涂层都形成大量的SiO2保护膜,阻止了氧原子的进一步扩散。与Al-Si渗层相比,MoSi2层表面形成的连续致密混合氧化物有效避免了Al-Si渗层的快速消耗,MoSi2/Al-Si涂层的高温氧化优于Al-Si渗层。     

铌合金高温抗氧化涂层的研究

本工作采用简易的低真空(10~(-1)—5×10~(-2)乇)高温(1400—1480℃)、短时间(几分钟)熔烧工艺,研究并发展了两类防护铌合金高温氧化的涂层。—类是用熔烧工艺在铌合金上形成硅化物——陶瓷复合涂层。另一类是在铌合金上熔烧40Ti—60Cr预合金底层然后再在1000—1150℃氩气中渗硅1—4小时形成铬钛硅复合涂层。这两类涂层均能在1300℃防护铌合金抗氧化200小时以上;1300℃(?)20℃抗热震300次以上;涂层试样经1300℃100小时抗氧化试验后,仍可弯曲至对叠(弯曲角180度)而基体铌合金不脆断,常温抗拉试验结果亦表明,涂层工艺对基体塑性无明显不良影响。本工作对涂层的组成和金相织构亦作了初步研究。     

Morphology, structure and formation mechanism of silicide coating by pack cementation process

The MoSi2 coating on C 103 niobium based alloy was prepared by pack cementation method. The formative mechanism, morphology and structure of coating were investigated. The silicide coating was formed by reactive diffusion obeying parabolic rule during pack cementation process. It is found that the composite structural coating is composed of three inferior layers as follows. The main layer is composed of MoSi2, the two phases＇ transitional layer consists of NbSi2 and a few NbsSi3 and the diffuse layer is composed of NbsSi3. The dense amorphous glass layer formed on the surface at high temperature oxidation circumstance can effectively prevent the diffusion of oxygen into coating.     

Formation of MoSi2 and Al doped MoSi2 coatings on molybdenum base TZM (Mo–0.5Ti–0.1Zr–0.02C) alloy

Formation of aluminium (Al) doped molybdenum di-silicide (MoSi₂) coatings was studied to improve the high temperature oxidation behavior of TZM (Mo–0.5Ti–0.1Zr–0.02C) alloy. The pack composition of the halide activated pack cementation process was successfully optimized to form silicide and Al doped silicide coatings on the TZM alloy substrates. Mo(Si, Al)₂ phase was found to form at the outer layer of the coating prepared by doping Al in MoSi₂. A change in composition of the phases with increase in coating temperature was detected with Al doping, whereas un-doped silicide coating process was dominated by the formation and growth of MoSi₂ phase. Oxidation test and the characterization studies using SEM, EDS, XRD, and micro-hardness measurements indicated the improved performance of Al doped silicide coating during high temperature oxidation in dry air due to the formation of the protective alumina scale.     

钼合金Si-Cr-Ti-SiC-MnO2涂层的制备与组织性能

目的提高钼合金表面红外辐射性能与高温抗氧化性能。方法将40%Si、20%Cr、5%Ti、5%SiC、30%Mn O_2五种粉末与酒精、粘结剂按比例混合,经高能球磨6 h后制得均匀悬浮的料浆。采用浸涂工艺对预处理的钼合金试样进行料浆涂覆,在1450℃真空烧结0.5 h后制得黑色涂层试样。通过1550℃高温静态氧化试验和高温粒子薄片红外光谱综合实验系统,分别评价涂层抗氧化性能和红外辐射性能,并通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对涂层氧化前后的形貌与组织结构进行分析。结果钼合金Si-Cr-Ti-SiC-Mn O_2涂层在700、900℃的法向发射率分别达0.85、0.88,在1550℃高温有氧环境下的静态抗氧化寿命达7 h。原始涂层呈四层复合梯度结构,由外到内分别为SiO_2+Mn3O_4+M5Si3(M指Mo、Cr、Ti)、M5Si3+Mo Si2+SiC+Mn3O_4、Mo Si2、Mo5Si3。高温氧化后,涂层四层复合结构由外到内转变为SiO_2+(Cr,Ti)5Si3+Mn Cr2O_4+Mn3O_4、M5Si3+SiC+Mn Cr2O_4+Mn3O_4、Mo Si2、M5Si3。高温氧化过程中,MSi2高硅化物层逐渐转变为M5Si3低硅化物层,涂层表面形成含Mn Cr2O_4尖晶石相和复合硅化物的致密SiO_2玻璃膜。结论 Si-Cr-Ti-SiC-Mn O_2涂层可有效提高钼合金基体的红外辐射性能和高温抗氧化性能,复合硅化物与硅锰复杂氧化物具有良好的抗氧化性能、高辐射性能和自愈合性能。     

用热扩散方法在Ti-6Al-4V合金表面获得铝化物和硅化物涂层

采用固体粉末包装热扩散方法,对Ti-6Al-4V合金分别进行表面渗铝和渗硅处理,以提高该合金的抗高温氧化性能。结果表明:Ti-6Al-4V合金表面形成的铝化物涂层的金相组织为单层结构,其上有少量贯穿裂纹存在;主要相结构是TiAl_3。而硅化物涂层的金相组织则为双层结构,外层较厚,呈柱状晶,由TiSi_2相组成;内层则较薄,由Ti_5Si_4相组成。表面渗铝和渗硅处理都可以大大提高Ti-6Al-4V合金的抗高温氧化性能。     

Mo合金高温抗氧化涂层的研究

用粉末固体渗法在钼合金表面制备了MoSi2渗层,研究了铝硅共渗和硼硅共渗对渗层的结构和抗氧化性能的影响.结果表明,与渗硅相比,铝硅共渗层厚度保持不变,渗层由单层结构变成多层复合结构,抗氧化性下降;硼硅共渗层厚度减少,结构没有明显改变,抗氧化性能得到了明显改善.     

Ti—Cr—Si硅化物涂层结构及裂纹扩展

分析研究了Ｃ－１０３铌合金改性Ｔｉ－Ｃｒ－Ｓｉ保护涂层氧化过程中结构的变化以及裂纹扩展过程。结果表明,涂层表面玻璃态氧化物性质、涂层主体中硅含量以及低硅化物的生长和其力学性能决定了涂层中裂纹的扩展行为。     

Oxydation De Revetements De Siliciures De Niobium

Isothermal oxdiation in air of silicide coatings on a niobium alloy has been studied between 1100°C and 1400°C. Coating formation was performed by the “slurry” process using two coating compositions, 60%Si, 20%Fe, 20%Cr and 60%Si, 20%Co, 20%Cr. The behaviour under oxidation for these two coatings has been compared.During oxidation for both compositions a surface layer of SiO₂ forms which contains particles of Nb₂O₅, but modifications of the biphased layer morphology causes variations in the oxidation rate. Moreover, additions of boron to the coating composition causes a reduction in the oxidation rate of the samples with cobalt by modifying the oxidation mechanism     

Microstructure and wear properties of silicide based coatings over Mo–30W alloy

The paper deals with the microstructure and wear properties of the Mo-30W alloy, coated with silicide based oxidation resistant coatings using pack cementation technique. The microstructure of the coating revealed that the coating was free of cracks or pores, adherent to the substrate and comprised of either single layer or double layer depending the coating temperature. Scanning electron microscopy (SEM) coupled with energy dispersive spectroscopy (EDS) was used to determine diffusion profiles for Mo, W and Si. Reciprocating sliding wear and friction experiments were performed on the uncoated and coated alloy. Double layer coating showed an improved friction coefficient as compared to base alloy as well as a single layer coated alloy. The wear tests also showed a marked improvement of wear resistance of coated alloy as compared to uncoated alloy. The coating was found to be wear resistant at 7 N.     

Ti65合金磷酸盐涂层抗高温氧化性能研究

目的通过表面涂层提高高温钛合金Ti65的抗高温氧化性能。方法采用喷涂法在Ti65合金基体上制备以磷酸铝为粘结剂、Al和Al/SiC为填料的两种磷酸盐抗高温氧化复合涂层。研究Ti65合金和涂层样品在650℃准等温、静态空气条件下的氧化动力学行为。用XRD和SEM/EDS分别对涂层样品氧化前后的物相组成、组织形貌和微区成分进行表征分析;用电子探针(EPMA)分析涂层样品的元素分布情况。结果650℃抗高温氧化实验结果表明,磷酸盐涂层样品的准等温氧化动力学曲线均符合抛物线规律,两种涂层样品的抛物线氧化速率常数kp分别为3.922×10^-2、1.768×10^-2 mg/(cm^2·h^1/2)和2.48×10^-2、3.385×10^-4 mg/(cm^2·h^1/2),均小于Ti65合金,氧化增重显著降低。以Al/SiC为填料的磷酸铝涂层的抗氧化性能最好,氧化1000 h,质量增加0.20 mg/cm^2,约为Ti65基体氧化增重(1.13 mg/cm^2)的1/6。微观分析结果表明,两种磷酸盐涂层样品在650℃准等温氧化后,涂层与基体形成扩散层,生成TiAl3金属间化合物,涂层表面均保持完好,没有裂纹和孔隙,有效阻止了氧元素向Ti65基体的扩散,保护基体不受氧化。结论磷酸盐涂层能有效阻止650℃温度下氧向Ti65合金基体的扩散,具有优异的抗高温氧化性能。