国内碳／碳复合材料高温抗氧化涂层研究新进展

重点阐述国内近几年来碳/碳复合材料抗氧化涂层的研究新进展,总结碳/碳复合材料高温抗氧化涂层制备新工艺和对已有工艺的改进方法,结合碳/碳复合材料的应用背景对抗氧化涂层的发展趋势进行展望.指出目前的研究结果尚达不到严酷环境下的应用要求,下一阶段碳/碳复合材料高温抗氧化涂层将重点解决室温至1700℃全温度段和高温燃气高速冲刷环境下对碳/碳复合材料的氧化保护问题,降低涂层制备成本的同时,开发可长时间应用于1800℃的高温涂层.     

DZ125合金真空电弧镀沉积复合涂层技术

采用真空电弧镀技术(arc ion plating,AIP)在DZ125定向高温合金基体上制备60μm沉积-扩散型复合涂层(NiCrAlYSi+AlYSi)。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析涂层的组织及结构,涂层外层形成大量的β-NiAl相,涂层中Al浓度自外向内逐渐降低,形成具有浓度梯度的复合涂层,有利于高温下涂层表面形成致密的Al2O3保护膜,提高表面保护膜的自愈能力。对沉积-扩散型复合涂层的试样进行1150℃抗氧化实验和900℃抗热腐蚀等实验,评价其抗氧化、抗腐蚀性能,对涂层氧化速率及腐蚀速率进行表征。结果表明:复合涂层明显改善了合金的抗高温氧化性能,承温能力明显提高,寿命延长。     

复合包渗法制备铌合金表面硅化物涂层

采用复合包渗法在C103铌合金基体上制备硅化物涂层,进行1500℃静态氧化实验,室温～1500℃热震实验,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等检测手段对涂层氧化前后的组织结构进行观察,分析涂层形成机理、硅化时间对涂层组织结构的影响以及涂层氧化前后组织形貌的变化.研究表明,复合包渗法制备硅化物涂层主要是通过扩散反应形成的;涂层是以MoSi2相为主体层的多相复合结构;在高温氧化环境下,涂层表面生成熔融态非晶玻璃膜,有效阻止了氧向内进一步扩散,涂层抗静态氧化及抗热震性能良好.     

钽钨合金表面铱涂层的制备及高温氧化性能

利用真空电弧离子沉积技术在钽钨合金表面沉积均匀致密的铱涂层,研究了钽钨合金/铱涂层的抗高温氧化性能和热震性能。结果表明:在800℃和1 100℃条件下,铱涂层可以有效保护钽钨合金,经过20 h后,铱涂层表面只发生轻微氧化,其表面形成褐色氧化铱产物;在1 900℃条件下,抗氧化寿命达10 h以上;在室温至(1 900±50)℃热震条件下,其寿命可达到1 000次以上。     

新型低密度Nb-Ti合金抗氧化涂层制备及组织性能分析

针对新型低密度Nb-Ti合金抗氧化性能需求,开展了Si-Cr-Ti系抗氧化涂层研究,重点分析了所制备涂层抗氧化性能和微观组织在氧化前后的变化。结果表明,1 200℃下涂层寿命大于10 h,涂层抗热震性能良好;涂层与基体之间形成一层扩散层,保证了涂层的结合强度;在高温大气环境下,涂层表面生成一种隔绝氧气填补涂层表面空隙的玻璃质SiO_2层,因而具有良好的抗氧化性能。     

C/C 复合材料的高温抗氧化防护研究进展

C/ C 复合材料在高温有氧环境中易氧化的缺点一定程度上影响了它在航空航天领域的应用与推
广,抗氧化涂层技术是提高其高温长时间抗氧化性能最直接有效的方法。本文综述了近年来国内外C/ C 复合
材料高温抗氧化涂层在玻璃、贵金属、陶瓷等涂层体系方面的最新研究成果;在分析介绍C/ C 高温抗氧化涂层
传统制备工艺优缺点及应用情况的基础上,进一步总结了高温抗氧化涂层制备技术最新研究进展;并对已开发
的抗氧化涂层体系适用环境及应用现状进行了深入的评述。最后针对C/ C 复合材料1 800℃以上的超高温抗
氧化防护问题,指出了目前研究中存在的问题及未来应重点努力发展的方向。     

TA2钛表面激光合金化制备耐1000℃高温氧化Ti_5Si_3/Ti_3Al复合涂层

为了提高钛和钛合金表面的抗高温氧化能力,使用先预置一层硅粉后预置一层铝粉方式,采用激光合金化技术在TA2钛表面制备出耐1000℃高温的Ti_5Si_3/Ti_3Al复合涂层,并采用XRD、SEM和等温氧化技术对激光合金化后涂层的组织特征和1000℃、50h空气等温氧化性能进行了系统研究。研究结果表明:涂层主要由初生的Ti_5Si_3相和Ti_5Si_3/Ti_3Al共晶组织组成;复合涂层经过1000℃、50h空气等温氧化后的氧化增重速率约为基体的1/12;复合涂层的氧化产物主要是Ti O_2、Al_2O_3和SiO_2;复合涂层中Ti_5Si_3和Ti_3Al两相的存在是其抗高温氧化性能提高的主要原因。     

DZ40M合金Al-Si涂层高温防护性能研究

采用料浆渗技术在DZ40M钴基高温合金基材上制备了Al-Si涂层,研究了涂层在1000℃下的高温氧化行为和900℃下的燃气热腐蚀行为。结果表明,料浆渗Al-Si涂层明显改善了DZ40M合金的抗高温氧化性能,涂层主要由CoAl相组成,随着氧化时间的增加,CoAl相发生了退化,逐渐转变成α-Co相;涂层与合金都具有较好的抗热腐蚀性能。     

水热电泳沉积法制备C-AlPO_4高温抗氧化涂层及其表征

采用水热电泳沉积法在C/C-SiC复合材料表面制备了均匀的方石英型磷酸铝(C-AlPO4)高温抗氧化涂层。借助XRD和SEM对涂层的晶相组成和显微结构进行了表征。分析了C-AlPO4粉体在悬浮介质中的荷电机理,考察了C-AlPO4粉体在有机悬浮液中的分散稳定性;通过正交实验得到了C-AlPO4涂层的优化制备工艺;研究了此工艺条件下制备涂层的晶相、显微结构及抗氧化性能。结果表明:C-AlPO4由于吸附有机介质分子离解出的H+而荷正电,其悬浮液的分散稳定性在异丙醇中最好;制备C-AlPO4涂层的优化工艺条件为沉积电压220V,沉积时间25min,沉积温度100℃;抗氧化性能测试表明优化工艺条件下所制备的C-AlPO4涂层具有较好的抗氧化性能和抗热震能力,在1500℃的空气气氛下氧化37h后,涂层试样的失重率仅为0.53%。     

MoSi2 涂层高温抗氧化性能和微观组织

采用真空阴极电弧沉积工艺在铌钨合金喷管内、外表面和铌钨合金试样表面沉积了Mo层,采用真空包渗工艺使Mo层硅化生成MoSi2涂层。利用扫描电子显微镜、能谱、XRD、金相显微镜对Mo层和MoSi2涂层表面和断面微观形貌、结构进行了分析。分析表明:MoSi2涂层的相结构由外向内大致可分为外层(MoSi2)、中间层(NbSi2)和过渡层(Nb5Si3)。高温抗氧化试验结果表明:MoSi2涂层在大气环境下1 800℃的静态抗氧化性能达到了30 h,室温至1 700℃循环热震1 376次。考核热试车情况:发动机在温度1 450℃累计工作了415s,在1 610℃工作了100 s,涂层状况完好。     

Mo-Si涂层C/SiC复合材料的氧化性能

采用刷涂法在C/SiC复合材料表面制备Mo-Si抗氧化涂层,研究涂层的微观结构、氧化性能和热震性能.结果表明,涂层中存在微裂纹等缺陷,物相组成为MoSi2、SiO2、SiC和Si.1 400℃氧化时,微裂纹等缺陷迅速愈合.单层Mo-Si涂层试样经5 h氧化后,失重率高速5.90%,贯穿裂纹是涂层失效的主要原因.三层Mo-Si涂层试样经140h氧化后,失重率仅为1.37%,失重速率为3.80×10-5g/(cm2·h).在1 400℃(←→)100℃的热震过程中,涂层保持完整,热震50次的失重率为0.34%.经25次和50次热震后,涂层试样的弯曲强度保持率分别为90.30%和74.56%.三层涂层具有优异的抗氧化和抗热震性能,这与涂层的制备工艺和结构密切相关.     

激光熔覆金属陶瓷涂层连续变温高温氧化行为研究

利用激光熔覆技术在45钢表面制备出不同成分配制的原位自生镍基金属陶瓷复合涂层,涂层表面质量良好。涂层在连续变温条件下高温氧化动力学分析表明,涂层成分不同时,稳定氧化阶段持续时间及剧烈氧化速度均有一定差异。此外,不同成分涂层高温氧化后,氧化层表面形貌、质量及氧化物尺寸、分布均有差别。总体来看,激光熔覆表面处理大大提高了材料表面的高温氧化抗力。     

碳-碳复合材料Si-MoSi_2涂层的抗氧化性能

研究了Ｓｉ－ＭｏＳｉ２系统作为碳－碳（Ｃ／Ｃ）复合材料抗氧化涂层的可能性。结果表明，当涂层中ＭｏＳｉ２含量为２０（ｗｔ）％时，涂层具有优良的抗氧化和抗热震性能，在１５００℃下，该涂层表现出长寿命抗氧化性能，２４２ｈ的氧化失重为０．５７％，氧化失重速率稳定在２．４３×１０－５ｇ／ｍ２．ｓ。     

射频磁控溅射沉积热障涂层结构特征及高温氧化性能

采用3kW射频电源在经真空电弧镀涂敷了NiCrAlY过渡层的涡轮和导向叶片上沉积 ZrO2陶瓷层,对其组织结构与元素面分布进行了电子探针测试.对NiCrAlY涂层进行喷丸形变处理,研究了不同时效温度下的应力变化.测试了热障涂层高温氧化与热冲击性能,结果表明,经1100℃静态氧化100h和热冲击500次陶瓷层未剥落.     

新型高温合金K447A渗AlSi涂层抗高温氧化性能研究

为研究K447A合金渗AlSi涂层的抗高温氧化性能,采用无机盐料浆法在K447A镍基高温合金表面制备AlSi涂层,用带能谱的扫描电镜对涂层的微观组织和成分进行了分析。此外,对带AlS i涂层的K447A试样进行了1050℃抗高温氧化性能实验。     

热障涂层的制备及热震性能

采用电火花沉积+微弧氧化的方法在GH4169合金表面制备ZrO_2/NiCrAlY涂层,制备过程为:采用电火花沉积技术在GH4169基体表面先沉积厚度为250μm的NiCrAlY涂层,再沉积厚度为150μm的Zr涂层,最后通过微弧氧化的方法将Zr涂层氧化成ZrO_2涂层,从而得到ZrO_2/NiCrAlY涂层。采用Qauta 200F型场发射扫描电镜观察涂层的显微组织和形貌,研究ZrO_2/NiCrAlY涂层在不同温度下的热震性能,结果表明:当热震温度分别为750℃,850℃,950℃时,热震失效次数分别为51次、32次和19次,涂层的热震性能良好。     

碳—碳复合材料Si—MoSi涂层的抗氧化性能

研究了Ｓｉ－ＭｏＳｉ２系统作为碳－碳复合材料抗氧涂层的可能性。结果表明，当涂层中ＭｏＳｉ２含量为２０（ｗｔ）％时，涂层具有优良的抗氧化和抗热震性能，在１５００℃下，该涂层表现出长寿命抗氧化性能，２４２ｈ的氧化失重为０．５７％，氧化失重速率稳定在２．４３×１０＾－５ｇ／ｍｓ＾２．ｓ。     

不同热暴露状态下Nb/Mo多层金属复合材料微观特征分析

利用电弧沉积法研制出新型Nb／Mo多层金属复合高温结构材料，在复合材料表面制备相应的高温抗氧化涂层。在大气环境下对该材料进行了高温热暴露试验，并对不同热暴露状态的Nb／Mo多层金属复合材料进行了微观组织观察和分析。结果表明，在可靠的抗氧化涂层的保护下，Nb／Mo多层金属复合材料在1600℃热暴露15h后，其内部层间组织结构仍基本保持完整。     

陶瓷前驱体基高温高辐射涂层制备及表征

以陶瓷前驱体树脂为成膜物,以过渡金属氧化物和硼化物为填料,采用空气喷涂工艺在镍基高温合金和C/C基材上制备出了高温散热性能好、抗热震性好的高温高辐射涂层,并用DSC-TG、光学显微镜和风洞对涂层性能进行表征。结果表明:该涂层室温~827℃发射率达到0.85~0.92,827℃~室温抗热震循环20次后涂层不剥离、不脱落;该涂层在290 k W/m2冷壁热流、300 s时长的风洞考核条件下,可将镍基高温合金基材温度从686℃降到646℃,降温40℃。     

SiCO陶瓷隔热复合材料TaSi2-MoSi2硼硅酸盐玻璃涂层制备与性能

为了提高SiCO陶瓷隔热复合材料的抗氧化抗热震性能,通过刷涂法制备SiCO陶瓷隔热复合材料TaSi_2-MoSi_2硼硅酸盐玻璃涂层,借助扫描电镜、X射线衍射等手段对硼硅酸盐玻璃含量分别占23%、31%、38%、41%的涂层进行微观形貌和相组成分析,对不同含量的涂层进行1 500℃氧化5 min,取出后冷却至室温的重复循环试验。结果表明:在循环次数达到25次,氧化总时间达到125 min后,硼硅酸盐玻璃含量占38%的TaSi_2-MoSi_2硼硅酸盐玻璃涂层表面具有最少的孔洞和裂纹,涂层的失重率为-2.1%,说明该涂层具有最好的抗氧化和抗热震性能。。