高速电弧喷涂FeMnCrAl/Cr3C2涂层的组织及抗高温氧化性能

使用高速电弧喷涂技术在20钢样品表面制备了FeMnCrAl/Cr3C2涂层,采用光学显微镜、场发射扫描电镜、能谱分析和X射线衍射等方法,对FeMnCrAl/Cr3C2涂层的显微组织和抗高温氧化性能进行了研究,并与电弧喷涂FeMnCr/Cr3C2涂层、316L不锈钢涂层和20 钢做了对比试验.研究结果表明:三种涂层增重均明显低于20 钢;FeMnCrAl/Cr3C2涂层氧化增重约为FeMnCr/Cr3C2涂层的1/3,略高于316L不锈钢涂层,FeMnCrAl/Cr3C2涂层氧化后表面生成具有保护性的、致密的含Al氧化膜和Cr与Fe的复合氧化物,阻碍了涂层进一步氧化,但存在不均匀性,原因是电弧喷涂层成分的微观不均匀性和涂层中存在孔隙.     

电镀-高温氧化制备Cr2O3阻氚涂层

采用电镀-高温氧化技术在321不锈钢基材表面制备出了Cr_2O_3涂层,研究了氧化时间及氧化温度对涂层组织结构和表面形貌的影响。利用XRD、SEM、EDS等分析测试手段对涂层的组织结构、元素分布及形貌进行了表征,并对涂层的抗腐蚀性能和阻氢性能进行了测试。结果表明,电流密度为0.3A/cm~2、氧化温度为700℃、氧化时间为4h下获得的Cr_2O_3涂层,晶粒尺寸均匀,约为1μm,晶粒之间结合紧密,孔隙少;Cr_2O_3涂层与基材之间存在Cr-O的过渡层,使Cr_2O_3涂层与基材结合紧密,界面处无空洞、裂纹等缺陷;且该涂层具有良好的抗腐蚀性能(自腐蚀电流密度仅为0.98×10~(-4)μA/cm~2)和抗热冲击性能(300次),阻氢渗透性能比基材提高了10.5倍。     

磁控溅射Cr/CrN和Cr/CrN/CrAlN涂层的抗高温氧化性能

为了提高航空紧固件涂层的高温工况防护能力,采用磁控溅射技术在钛合金表面分别制备 Cr/ CrN 交替涂层和 Cr/ CrN / CrAlN 涂层,研究氧化时间和氧化温度对涂层高温氧化性能影响。 利用 SEM、EDS 和 XRD 进行微观形貌和物相成分分析,采用热重法分析氧化增重量( w) 和氧化速率常数( k) ,使用显微硬度计测试涂层高温氧化后硬度。 结果表明:随着氧化时间和氧化温度的增加,涂层硬度均降低,但 Cr/ CrN / CrAlN 涂层下降趋势更缓; 两种涂层的 w 和 k 均上升,其中 Cr/ CrN / CrAlN 涂层 w 和 k 增幅均低于 Cr/ CrN 交替涂层,950 ℃ 氧化 96 h 后 Cr/ CrN / CrAlN 涂层和 Cr/ CrN 交替涂层的 w 值分别为 40 mg / cm ² 和 135. 7 mg / cm ² ,其对应的 k 分别为 0. 1996 和 0. 4092,说明 Cr/ CrN / CrAlN 涂层抗高温氧化性更好。 Cr/ CrN / CrAlN 涂层活化能 E_a 值比 Cr/ CrN 交替涂层高 48. 5%,Cr/ CrN / CrAlN 涂层在高温下产生 Cr₂O₃ 和 Al ₂O₃ 的混合氧化物,结构更致密,Cr/ CrN / CrAlN 涂层抗高温氧化性能高于 Cr/ CrN 交替涂层。     

Fe/Cr涂层抗热腐蚀性能研究

设计制造出Fe/Cr粉芯丝材,利用电弧喷涂技术制备出耐高温腐蚀的工作涂层。运用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等研究了电弧喷涂Fe/Cr合金涂层的微观结构、腐蚀动力学和高温下的腐蚀性能。结果表明,该涂层组织致密,涂层中形成Cr2O3或尖晶石型氧化物是其具有优异的抗高温腐蚀性能的主要原因,涂层抗高温腐蚀性能较好。     

锆合金表面Mo/Al/Cr复合涂层的抗高温水蒸气氧化性能

锆合金是重要的核燃料包壳材料,在包壳表面沉积抗高温水蒸气氧化涂层是在失水事故中避免核泄漏的有效途径,然而涂层在高温氧化过程中存在氧化产物不稳定及界面扩散问题。用磁控溅射的方法在Zr-4合金表面沉积Mo/Al/Cr复合涂层,拟利用Al层生成氧化铝提升抗氧化温度上限,利用Mo层阻挡Al与Zr-4基体的扩散。用SEM表征涂层的表面及横截面形貌,利用XRD分析涂层物相结构,用纳米压痕的方法评价涂层的力学性能,用管式炉连接水蒸气发生器来评价涂层的抗高温水蒸气氧化性能。结果表明：在锆合金表面制备的Mo/Al/Cr复合涂层与基体结合良好,结构完整,界面清晰,硬度高于Zr-4合金基体。在高温水蒸气氧化试验中,复合涂层中的Al会发生熔融,导致涂层结构的破坏而不能生成连续致密氧化铝膜。在Cr层、Al层失效的情况下,Mo层可以有效阻挡Al及O元素向基体内部扩散。探讨了Al作为抗氧化层及Mo作为扩散阻挡层的可行性,试验结果可为核燃料包壳涂层的设计选材提供借鉴和支撑。     

大气等离子喷涂NiCr/Cr3C2复合涂层的性能

采用化工冶金包覆、固相合金化和喷雾造粒技术制备了NiCr/Cr₃C₂复合粉体,并采用大气等离子喷涂技术制备了NiCr/Cr₃C₂复合涂层,采用SEM、显微硬度计、万能试验机和马弗炉对粉体和涂层的显微结构、涂层的显微硬度、结合强度和氧化性能进行了分析。结果显示:NiCr/Cr₃C₂涂层呈典型的层状结构,各层间结合良好,结合强度为(27.4±5) MPa,涂层显微硬度约850 HV0.2,为结合层显微硬度的2.7倍,涂层为典型的脆性断裂,断裂的位置发生在涂层的层与层之间。NiCr/Cr₃C₂涂层850 ℃氧化动力学曲线基本符合抛物线氧化规律。在氧化过程中涂层表面生产了氧化膜,且氧化膜会发生脱落,同时涂层内部出现了偏析现象,析出了金属Cr。     

超音速火焰喷涂制备Cr涂层及其高温氧化性能

目的 探索一种高效制备核电用包壳材料锆合金表面涂层的方法,以应对反应堆失水事故,提高核电安全性。方法 采用超音速火焰喷涂技术在Zr-4合金表面制备Cr涂层,高温氧化试验在1 200 ℃空气中进行,氧化时间30 min。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)研究Cr涂层氧化前后的结构和显微组织。采用划痕法测试涂层与基体结合力。采用金相显微镜(OM)观察划痕形貌。结果 采用HVOF技术可以在锆合金基体上制备的涂层主要为体心立方结构的金属Cr同时含有约21.9%密排六方结构(HCP)的Cr2O3。抛光可以减少Cr2O3至约10.1%。涂层由层状结构、未熔颗粒和少量孔隙组成。Cr2O3主要分布在层状结构中,未熔颗粒形成的不规则块状结构基本不含氧,主要为金属Cr。涂层与基体的结合力为77~94 N。喷涂工艺参数为煤油流量23 L/h、氧气流量880 L/h、喷涂距离330 mm的涂层样品结合力最高,为94 N。在1 200 ℃空气中氧化30 min后,涂层靠近基体界面处形成11~14 μm厚的连续致密层,而靠近界面处的基体衬度变暗,能谱信息显示含有Cr,因此判断该区域为Zr-Cr过渡层,厚度约为5 μm,说明存在基体与涂层的互扩散层,且Zr向涂层的扩散速率明显大于Cr向基体的扩散速度。有Cr涂层的Zr基体没有发生氧化,涂层内部也基本没有氧化,而没有涂层覆盖的基体氧化层厚度在120 μm以上。结论 采用HVOF可以在锆合金表面制备出结构致密、与基体结合紧密且抗高温氧化性能优良的金属Cr涂层。     

Cr23C6-NiCr涂层制备及其高温氧化行为

针对传统高温防护涂层在长期服役环境中可靠性不足等问题,设计了新型Cr23 C6- NiCr金属陶瓷体系,并采用超音速火焰喷涂(High Velocity Oxy-fuel Spraying,HVOF)技术制备了相应复合结构涂层.利用XRD、SEM和高温电阻炉等设备,对比研究了其与传统Cr3 C2 - NiCr金属陶瓷涂层的微观组织结构特征及高温氧化行为.结果表明,复合涂层具有HVOF喷涂涂层典型的致密层状结构,喷涂过程中无明显相分解或氧化物生成.两种涂层在经过800℃循环氧化后具有相似的氧化动力学曲线,表面生成均匀致密的Cr2 O3钝化膜阻止了氧原子向涂层内部的扩散,起到了较好的隔离防护作用,呈现出较为优异的抗高温氧化性能.     

表面施加氧化物薄膜涂层对Fe25Cr5Al合金高温氧化行为的影响

用电沉积－热解方法在合金表面获得了厚度为０．１－０．５μｍ的单一Ｙ２Ｏ３,Ａｌ２Ｏ３或不同Ｙ２Ｏ３含量与Ａｌ２Ｏ３或Ｃｒ２Ｏ３混合的氧化物薄膜涂层,研究了在１１００℃,１０＾４ＰａＯ２的条件下各类ＯＴＦＣ对Ａｌ２Ｏ３形成Ｆｅ２５Ｃｒ５Ａｌ合金恒温氧化和循环氧化行为的影响。     

3Cr13钢高温抗氧化性能的研究

3Cr13钢分别在500、650、800及950℃高温下进行氧化试验,采用SEM、XRD分析氧化表面的形貌、成分和物相,探究3Cr13钢的高温抗氧化性能.结果表明:500℃时,试样表面氧化物膜不完整,氧化物量几乎为0;温度高于570℃时,氧化物在试样表面形成完整的覆盖膜,氧化速度仍很缓慢;而温度为950℃且氧化时间较长时,试样表面氧化物迅速增多,试样氧化反应剧烈.     

Fe/Cr3C2复合涂层与其基材16Mn钢的结合性能的研究

以16Mn钢为基材，在其表面电弧喷涂Fe／Cr3C2复合涂层，再在复合涂层之上再电弧喷涂铝。将此涂层在850℃下进行不同时间的热处理，并对各涂层及其与基材间的过渡层的组织、硬度，尤其是涂层结合性进行了分析和研究。结果表明，保温32h和48h的涂层与基材16Mn钢的结合性能较好。。     

高速火焰喷涂Fe-Al/Cr3C2复合涂层抗高温腐蚀性能研究

利用高速火焰喷涂方法,选用自主研发的Fe-Al/Cr3C2喷涂粉材,在20钢基体上制备Fe-Al/Cr3C2复合涂层。研究了复合涂层在650℃的抗高温腐蚀性能。采用SEM,XRD,EDS等先进测试手段分析了复合涂层的抗高温腐蚀机理。结果表明：Fe-Al/Cr3C2复合涂层在650℃的抗高温腐蚀性能明显优于基体20钢,并且优于Fe-Al涂层,其腐蚀动力学曲线呈抛物线变化;复合涂层经腐蚀后,内层生成的致密Al2O3及Cr2O3阻止了高温腐蚀的进一步深入。现场应用表明,Fe-Al/Cr3C2复合涂层具有广泛的应用前景。     

发动机排气门新型抗高温氧化涂层研究

目的提高排气门材料21-4N合金的抗高温氧化腐蚀性能和抗开裂剥落性能,提高排气门的服役性能,延长使用寿命。方法利用两步循环喷雾热解技术在21-4N合金表面制备(Al_2O_3-Y_2O_3)/YSZ层状陶瓷复合涂层,通过扫描电镜和能谱对涂层形貌和成分进行分析,通过循环氧化腐蚀实验评价涂层的抗高温氧化腐蚀性能和抗开裂剥落性能,通过划痕测试来评价涂层的结合强度。结果该层状复合涂层厚度均一、结构致密清晰,在900℃高温循环氧化100 h的实验中,该涂层样品的质量增加量和剥落量分别为0.3025和0.06 mg/cm~2,远低于无涂层21-4N合金的质量增加量和剥落量,具有优异的耐高温氧化腐蚀性能。该复合涂层的膜基结合力达到40 N,远高于21-4N合金表面氧化膜的结合力,能够满足排气门实际应用工况要求。结论采用两步循环喷雾热解技术在21-4N合金表面制备的(Al_2O_3-Y_2O_3)/YSZ层状复合涂层,能够有效提高排气门材料的抗高温氧化腐蚀性能,并具有优异的结合力。     

含铁铜基陶瓷复合材料高温氧化行为与耐磨性研究

在25,250,350和450℃高温摩擦磨损实验条件下,对两种不同铁含量的Cu基摩擦材料进行高温氧化行为及耐磨性研究。结果表明:Fe在Cu基体中的尺寸、分布影响Cu基摩擦材料的高温抗氧化性和耐磨性,随实验温度升高,Cu基摩擦材料试样中Cu氧化产物为Cu2O,Fe从Fe2O3转变为Fe3O4,金属氧化膜厚度逐渐增加;Fe以小尺寸、均匀分布于Cu基体时,更有利于提高Cu基体整体的抗氧化性能,在350~450℃可形成稳定的氧化膜降低粘着磨损,展现出了较好的高温耐磨性能;而Fe以较大尺寸分布在Cu基体中时,则使Cu基体出现氧化不均匀现象,不利于高温耐磨性能的提高。     

钼金属高温抗氧化能力的研究概况

概述了钼在高温下的氧化机理及其在高温下的防止氧化的方法,例如涂层、合金,改变制备工艺等方法,介绍了最新研制的涂层和钼合金在高温条件下的应用,并指出新材料的研究方向。     

TiCp/Fe及VCp/Fe复合材料抗氧化性能的研究

通过向Fe-C母合金中加入钛铁或钒铁合金,形成TiC、VC颗粒增强相,得到抗氧化性能较高的TiCp/Fe、VCp/Fe复合材料;对比试验表明,TiCp/Fe、VCp/Fe复合材料的抗氧化性能明显优于HT250和45钢。由于VCp/Fe复合材料中增强体VC颗粒的体积分数比TiCp/Fe复合材料中的TiC颗粒多、分布更均匀、界面结合更好,因此VCp/Fe比TiCp/Fe复合材料具有更好的抗氧化性能。     

钛合金表面微弧氧化膜及抗氧化性能的研究

利用微弧氧化技术，通过增加涂层致密性的方法及选择合适的放电电压，在钛合金表面制备出致密的、与基体结合优良的微弧氧化膜。微弧氧化膜分为3层：过渡层、致密层和疏松层。XRD分析表明，微弧氧化膜主要由Al2TiO5和Al2SiO5组成。在700℃循环氧化100h后，经微弧氧化处理的钛合金的氧化增重量为2．08mg／cm^2，低于未经微弧氧化处理的钛合金的增重量（20mg／cm^2），因而微弧氧化能有效地提高钛合金的抗高温氧化性能。     

hBN含量对NiCr/Cr_3C_2-hBN复合涂层抗热震性能和氧化性能的影响

为了提高NiCr/Cr3C2复合涂层的摩擦性能,在涂层中加入了hBN作为固体润滑剂,研究了hBN含量对涂层抗热震性能和氧化性能的影响。采用大气等离子喷涂技术制备了hBN含量分别为0%、2.5%、5%、10%和20%的NiCr/Cr3C2-hBN复合涂层,并研究了复合涂层在700、800和850℃的抗热震性能和在850℃的恒温氧化性能。结果表明:NiCr/Cr3C2-hBN复合涂层呈层状结构,各层之间结合良好;所有涂层在700、800和850℃水淬10次均未出现明显的裂纹和脱落现象,涂层抗热震性能均良好。涂层的氧化增重随着hBN含量的增加逐渐增大,96h后NiCr/Cr3C2-20%hBN涂层氧化非常严重。在850℃时,所有涂层的氧化动力学曲线均遵循抛物线规律。